V lednu tohoto roku vyšlo pozoruhodné vědecké dílo renomova-ných univerzitních profesorů z Velké Británie a Francie, které poprvé souborně pojednává o základech, metodách a aplikacích hydraulického výzkumu v oblasti vodního stavitelství a hospo-dářství. Vedoucí autorského kolektivu prof. Ing. Dr. Pavel No-vak, DrSc., emeritní profesor University of Newcastle upon Tyne ve Velké Britanii, který byl do roku 1967 dlouholetým vědeckým pracovníkem Výzkumného ústavu vodohospodářské-ho v Praze a do roku 1968 ředitelem Ústavu pro hydrodynamiku ČSAV, je dodnes předním konzultantem a recenzentem v oblasti výzkumu klíčových hydrotechnických a hydroekologických staveb v České republice.
Autoři v této publikaci vycházejí ze současného pojetí hydrau-lického výzkumu, který se v posledních desítiletích vyvinul v speciální obor, v němž se ke zkoumání složitých hydrodyna-mických jevů a komplexnímu řešení vodohospodářských pro-blémů využívá prostředků fyzikálního a matematického modelo-vání, resp. jejich vhodných kombinací, často doplňovaných vybranými soubory experimentů ve skutečnosti.
Problematika hydraulického výzkumu je systematicky pojedná-na ve třinácti kapitolách, z nichž prvních šest kapitol je věnová-no teorii, principům a metodám matematického a fyzikálního modelování, zatímco následujících devět kapitol zahrnuje apli-kace při modelování systémů otevřených koryt, proudění v tlakových potrubích, odvodňovacích systémů, ústí řek do moří, pobřežních a příbřežních staveb a hydrotechnických staveb.
V první úvodní kapitole jsou především definovány dále použí-vané základní pojmy, jako fyzikální, hydraulický, aerodynamic-ký a analogový model, matematický, numerický a počítačový model, hydroinformatika, hybridní modelování apod.
V druhé kapitole jsou popsány teoretické základy matematické-ho modelování proudění vody – obyčejné diferenciální rovnice včetně počátečních podmínek a struktury jejich řešení, parciální diferenciální rovnice, jejich klasifikace (hyperbolické, parabo-lické, eliptické rovnice a jejich systémy), vliv počátečních a okrajových podmínek na řešení. Podrobně je popsána často používaná metoda charakteristik.
V navazující třetí kapitole je uveden přehled hlavních numeric-kých metod používaných při hydraulickém modelování. Vedle klasických metod řešení soustav algebraických rovnic a nume-rického řešení obyčejných diferenciálních rovnic je hlavní po-zornost věnována metodám numerického řešení soustav parciál-ních diferenciálních rovnic, především metodě konečných dife-rencí pro parabolické, hyperbolické a eliptické soustavy rovnic.
Čtvrtá kapitola obsahuje souhrn základních pojmů a rovnic, definujících proudění vody v potrubích a otevřených korytech se zaměřením na jejich použití při matematickém a fyzikálním modelování. Kromě základních rovnic ustáleného a neustáleného proudění jsou zde uvedeny i vztahy charakterizující vírové prou-dění, turbulenci, místní ztráty, rázové vlny, vlny od větru a po-hyb sedimentů, jakož i vztahy definující některé případy kvality vody a proudění směsi vody a vzduchu.
Pátá kapitola je věnována systematickému výkladu teorie po-dobnosti mezi modelem a prototypem jako základu výzkumu na fyzikálních modelech. Nejdříve jsou uvedeny obecné metody dimenzionální analýzy. Poté jsou odvozeny základní zákony mechanické podobnosti v hydrodynamice jednak pomocí dimen-zionální analýzy, jednak pomocí rovnic Navier-Stokesových. Pro jednotlivé druhy převládajících sil jsou odvozeny přibližné zákony podobnosti (Froudeův, Reynoldsův, Weberův, Machův) s uvedením odpovídajících limitujících podmínek. Připojena je stať o různých typech analogových modelů.
Šestá kapitola obsahuje stručný výčet zařízení a prostředků pou-žívaných při hydraulickém modelování – základních i speciál-ních laboratorních zařízení, hlavních typů modelů, jejich kon-strukčního řešení a metod měření hydraulických parametrů. Připojena je i informace o dostupných prostředcích matematic-kého modelování.
Nejrozsáhlejší sedmá kapitola je věnována problematice mode-lování proudění v systémech otevřených koryt. Po matematic-kém popisu proudění v otevřených korytech je pozornost zamě-řena zejména na tvorbu numerických modelů těchto systémů s použitím různých metod řešení soustav rovnic popisujících daný jev, včetně definice okrajových podmínek. Vysvětleny jsou principy 1D, 2D a 3D modelů a simulace modelování průlomo-vých vln. Z oblasti fyzikálního modelování proudění v otevře-ných korytech je vedle příkladů použití hydraulických modelů uveden i příklad řešení na aerodynamickém modelu.
V osmé kapitole jsou pod názvem enviromentální modelování systémů otevřených koryt popsány matematické modely trans-portu ve vodě rozpustných látek, transportu sedimentů i kvality vody. Pro fyzikální modelování morfologických procesů jsou uvedeny podmínky podobnosti s vybranými příklady konkrét-ních výzkumů.
Devátá kapitola zahrnuje matematický popis ustáleného proudě-ní v síti tlakových potrubí s metodami jeho numerického řešení. Zvlášť podrobně je analyzován jev hydraulického rázu, jeho řešení pomocí metody charakteristik, i výkyvy hladin ve vyrov-návacích komorách. Pro fyzikální modelování těchto jevů jsou uvedeny podmínky podobnosti.
Desátá kapitola je věnována problematice modelování měst-ských kanalizačních soustav. Kromě matematického popisu různých případů proudění jsou zde uvedeny principy numeric-kého řešení včetně příkladů simulací.
Následující kapitoly pojednávající o modelování ústí řek do moří a pobřežních a příbřežních staveb a procesů se vymykají z ob-vyklé sféry profesního zaměření našich odborníků v oblasti vodního stavitelství, nicméně přinášejí zajímavé informace o řešení těchto problémů.
V poslední třinácté kapitole je dokumentována nezastupitelná role hydraulického výzkumu při navrhování hydrotechnických staveb, jejich optimální funkce a ekonomicky i ekologicky příz-nivého řešení. Podrobně jsou analyzovány otázky optimálního dispozičního řešení, průtokové kapacity, nadkritického proudění, problémy aerace, kavitace, tlumení kinetické energie, eroze v okolí objektů, tvorby vírů, turbulence, hydrodynamického na-máhání konstrukcí a vibrací. Uvedené příklady výzkumů doku-mentují efektivnost hybridního modelování, pozůstávajícího z teoretické analýzy problému, kombinace matematického a fyzi-kálního modelování a ověření dosažených výsledků ve skuteč-nosti.
Je třeba poznamenat, že v knize lze nalézt i příklady některých významných hydraulických výzkumů, realizovaných v České republice pracovníky Výzkumného ústavu vodohospodářského T. G. Masaryka v Praze.
Hydraulický výzkum dnes tvoří neoddělitelnou součást investič-ní a projektové přípravy všech důležitějších vodohospodářských staveb, vyžadující přímou spoluúčast pracovníků projektových a provozních organizací. Proto je spis určen nejen vědeckým pra-covníkům v oboru hydraulického výzkumu, ale i všem vodohos-podářským odborníkům pracujícím v oblasti rozvoje, projekce a provozní praxe. Neocenitelným průvodcem je i pro studenty v tomto oboru.
Publikace by proto vzhledem k svému významu neměla chybět nejen v knihovnách vysokých škol, výzkumných ústavů a insti-tucí příslušného zaměření, ale měla by se dostat i do rukou odborníků z oblasti projekčních a investorských organizací i ministerstev, které mají na starosti přípravu a realizaci všech vodo-hospodářských a hydroekologických staveb.
prof. Pavel Gabriel
