AKTUALIZACE ZÁPLAVOVÉHO ÚZEMÍ BEROUNKY v ř. km 9,800 až 83,500

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STAVEBNÍ

AKTUALIZACE ZÁPLAVOVÉHO ÚZEMÍ BEROUNKY v ř. km 9,800 až 83,500 ÚSEK BEROUN - ZVÍKOVEC

1. TECHNICKÁ ZPRÁVA

Listopad 2011

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STAVEBNÍ

AKTUALIZACE ZÁPLAVOVÉHO ÚZEMÍ BEROUNKY v ř. km 9,800 až 83,500 ÚSEK BEROUN - ZVÍKOVEC ř. km 38,015 až ř. km 83,500

1. TECHNICKÁ ZPRÁVA

Objednatel Povodí Vltavy, státní podnik závod Berounka Denisovo nábřeží 14 304 20 Plzeň

Zpracovatel České vysoké učení technické v Praze Fakulta stavební Thákurova 7 166 29 Praha 6

Praha, listopad 2011

ČVUT v Praze, Fakulta stavební OBSAH 1. IDENTIFIKAČNÍ ÚDAJE

1

2. SPECIFIKACE PRACÍ

2

3. POUŽITÉ PODKLADY

3

4. METODIKA ŘEŠENÍ – 1D MODEL

6

5. METODIKA ŘEŠENÍ – 2D MODEL

7

6. SESTAVENÍ A KALIBRACE 2D MODELU

11

7. ŘEŠENÉ PŘÍPADY A OKRAJOVÉ PODMÍNKY

15

8. VYHODNOCENÍ VÝSLEDKŮ A KONSTRUKCE ZÁPLAVOVÝCH MAP

17

9. VYHODNOCENÍ AKTIVNÍ ZÓNY ZÁPLAVOVÉHO ŮZEMÍ

19

10. DIGITÁLNÍ DOKUMENTACE – MAPOVÝ SERVER

20

LITERATURA

21

SEZNAM PŘÍLOH

21

HYDROLOGICKÁ DATA ČHMÚ

3 A4

SOUŘADNICE DOMĚŘENÝCH POVODŇOVÝCH ZNAČEK

IDENTIFIKAČNÍ ÚDAJE Objednatel:

Povodí Vltavy, státní podnik závod Berounka Denisovo nábřeží 14 304 20 Plzeň

Zpracovatel:

České vysoké učení technické v Praze Fakulta stavební Thákurova 7 166 29 Praha 6

Hlavní řešitelé:

Ing. Jana Valentová, CSc. Doc. Ing. Petr Valenta, CSc.

Spoluřešitelé:

Ing. Libor Gvoždík Ing. Miroslav Brouček

1

A4

ČVUT v Praze, Fakulta stavební 2. SPECIFIKACE PRACÍ Předmětem díla je zpracování hydrotechnických výpočtů a související dokumentace pro účely aktualizace záplavových území Berounky v celkovém rozsahu od Kazína (ř. km 9,800) po Zvíkovec (ř. km 83,500) s výjimkou oblasti Berouna, která je řešena samostatnou studií (DHI, 2006). Práce byly provedeny pro Povodí Vltavy s.p. závod Berounka na základě smlouvy č. 1333/2008 a následně uzavřené smlouvy č. 130570. Předkládaná část dokumentace se vztahuje k úseku od ř. km 38,015 (nad Berounem) po ř. km 83,500 (Zvíkovec). V souladu s potřebami objednatele byly hydrotechnické výpočty zpracovány pomocí metodiky dvourozměrného (2D) numerického modelování. Přípravné výpočty byly zpracovány pomocí jednorozměrného modelu HEC-RAS, který umožňuje hydraulické výpočty ustáleného nerovnoměrného proudění v obecném otevřeném korytě s možností rozdělení profilu na dílčí profily včetně detailního řešení hydrotechnických a dalších objektů ovlivňujících proudění vody. Finální stanovení průběhů hladin, vymezení rozsahu záplavového území a návrh aktivních zón záplavového území v souladu s metodikou MZe (verze 04/2005) byly provedeny pomocí podrobného dvourozměrného numerického modelu zájmové oblasti, který poskytuje souvislé informace o prostorovém rozložení charakteristik proudění vody (hladiny, hloubky, rychlosti) při modelovaných povodňových epizodách. Provedené práce zahrnovaly následující činnosti: •

pořízení hydrologických podkladů

•

převzetí a zpracování geodetických, hydrotechnických a dalších podkladů

•

kontrola existujícího DMT a zajištění nezbytných úprav (dovyhodnocení hran a bodů)

•

zajištění doplňkových geodetických prací (doměření terénních hran a bodů)

•

návrh a zpracování jednorozměrného a dvourozměrného modelu zájmové oblasti

•

zpracování a vyhodnocení hydrotechnických výpočtů pro simulace ustáleného nerovnoměrného proudění v zájmové oblasti pro ustálené průtoky Q5, Q10, Q20, Q50 a Q100

•

zpracování rozsahu záplavového území na základě vypočtených hladin povodňových průtoků při průtocích Q5, Q20 a Q100

•

stanovení aktivní zóny záplavového území Q100 dle § 66 odst. 2 zák. č. 254/2001 Sb. a § 4 odst. 3 vyhl. č.236/2002 Sb.

•

zajištění zpracování mapového serveru s prezentací jednotlivých výstupů studie

2

ČVUT v Praze, Fakulta stavební 3. POUŽITÉ PODKLADY Hydrologické podklady Hydrologické podklady byly čerpány ze základních hydrologických údajů pro tok Berounky, které byly získány od ČHMÚ. Údaje byly pořízeny pro celkem 10 vybraných profilů. Profily byly zvoleny tak, aby svou polohou vystihovaly místa, kde v rámci zájmového úseku dochází k podstatným změnám průtoku (nad a pod významnými přítoky). Přehled použitých údajů pro N-leté průtoky uvádí tabulka 1 a kopie originálních podkladů ČHMÚ přiložené na konci technické zprávy.

PROFIL

Q1

Q2

Q5

Q10

Q20

Q50

Q100

nad Javornicí (Zvíkovec)

247

360

536

687

852

1093

1291

pod Javornicí

251

367

547

701

869

1114

1317

nad Zbirožským potokem

252

368

548

702

871

1117

1320

nad Rakovnickým potokem

261

382

568

728

903

1157

1368

nad Klíčavou

255

375

566

735

922

1201

1436

Zbečno (vodoměrná stanice)

257

378

571

740

928

1207

1442

nad Litavkou

262

386

582

753

943

1222

1456

Beroun (vodoměrná stanice)

270

403

615

799

1004

1308

1563

Dobřichovice (vodoměrná stanice) ústí do Vltavy

298

433

647

832

1035

1328

1575

299

435

649

834

1038

1322

1580

Tabulka 1: N-leté průtoky [m3s-1] – podklady ČHMÚ

Geodetické a mapové podklady Použité numerické modely vycházejí při popisu koryta řeky ze zaměření údolních a objektových profilů na toku Berounky, pořízených v rámci zaměření pro technickoprovozní evidenci toků (TPE). Zpracovatelem zaměření v úseku ř.km 7,36 - 63,100 byla společnost Gefos a.s., zaměření bylo provedeno v roce 2003. Zaměření v úseku nad ř. km 63,100 provedla v letech 2004 a 2005 společnost Georeal, s.r.o. Kromě příčných profilů toku byly využity i další podklady z TPE v podobě výkresů objektů a jejich fotodokumentace, podélných profilů a situačních plánů (podrobná říční mapa). Pro modelování inundačního území při tvorbě dvourozměrného modelu a pro konstrukci záplavových čar bylo využito ortofotomapy zájmového území a dat digitálního modelu terénu pořízeného

na

základě

leteckého

měřičského

3

snímkování

a

jeho

vyhodnocení

ČVUT v Praze, Fakulta stavební fotogrammetrickými metodami (Georeal, 2007 a 2008). Digitální model terénu (DMT) sestával z povinných terénních hran a gridu bodů, v zastavěném území s hustotou max. 15 x 15 m, mimo zastavěné území s hustotou bodů max. 30 x 30 m. Způsob zpracování vycházel z Metodického pokynu Ministerstva zemědělství ČR k zadávání fotogrammetrických činností pro potřeby vymezování záplavových území (č.j. 28181/2005 – 16000). Součástí realizace studie bylo zajištění nutného dovyhodnocení, resp. doměření terénních hran a bodů nezahrnutých v TPE a nevyhodnocených z leteckého měřičského snímkování. V rámci kontroly existujícího DMT v konfrontaci s výsledky podrobného terénního průzkumu byly identifikovány oblasti, v nichž nebyla reprezentace terénu shledána dostatečně výstižnou. Jednalo se jednak o oblasti zcela či částečně viditelné a dodatečně vyhodnotitelné z leteckého snímkování, jednak o oblasti zakryté trvalou vegetací a tedy leteckým snímkováním nevyhodnotitelné. V prvním případě se jednalo většinou o okrajové části modelu, kde skutečný rozsah záplavy byl větší než vyhodnocená oblast (např. část modelu Dobřichovic), a dále případy opominutých terénních hran. Potřebná dovyhodnocení provedla firma Georeal s.r.o. jakožto autor původního modelu terénu. V případě neviditelných oblastí bylo nutno opět s využitím znalostí z podrobného terénního průzkumu selektivně přistoupit k pozemnímu doměření významných bodů a hran, jednotlivá zaměření povedla firma David Kladívko, Přeštice. Výsledky doplňkových geodetických prací byly objednateli předány v digitální podobě. Mapové podklady pro účely vykreslení výstupů řešení poskytl objednatel, jednalo se o podklad pro vykreslení záplavových čar a výsledků 2D simulací v podobě rastrových map ZABAGED v měřítku 1 : 10 000 v digitální podobě (ČÚZK, 2008 a 2010).

Kalibrační podklady Numerické modely byly kalibrovány s využitím povodňových značek povodně ze srpna 2002, které poskytl objednatel ze svých archivních materiálů.

V potřebných případech byly

doměřeny některé doplňkové značky, pokud bylo ještě možné je s odstupem času bezpečně identifikovat (vesměs se jednalo o zřetelné hladinové čáry na dosud neobnovených fasádách). Seznam souřadnic doměřených povodňových značek je uveden v příloze zprávy. U dvou archivních značek v oblasti Černošic (BER_L_061 a BER_P_062) byla zjištěna chybně uvedená kóta v archivní dokumentaci, tyto značky fixované po povodni v podobě kovových tabulek byly proto znovu zaměřeny.

4

ČVUT v Praze, Fakulta stavební K dispozici bylo dále vyhodnocení letecké dokumentace rozsahu záplavy povodně ze srpna 2002, využitelná ke kvalitativnímu hodnocení výsledků simulací ve vztahu k pozorovanému rozsahu záplavy. Dokumentace byla zpracována firmou Geodis Brno s.r.o., rozlivy za nejvyššího vodního stavu byly identifikovány na základě přímých a nepřímých příznaků (viditelná hladina vody na snímcích v době kulminace, nánosy zeminy či kalu na terénu, nánosy odpadků a ostatního materiálu a texturální příznaky na terénu). Použité podklady byly dále ověřovány a doplňovány na základě provedeného místního šetření a s využitím dalších dostupných archivních materiálů.

Další související podklady V průběhu zpracování hydrotechnických výpočtů byla provedena podrobná rekognoskace modelované oblasti a byla pořízena potřebná fotodokumentace a videodokumentace modelovaného území. Výsledky terénního průzkumu byly využity při samotné tvorbě numerického modelu (modelování koryta a objektů, specifikace drsností apod.) i při specifikaci nezbytných doplňkových geodetických prací. Součástí rekognoskace bylo i dohledání dosud zřejmých stop po povodni 2002 a sběr informací o jejím průběhu.

5

ČVUT v Praze, Fakulta stavební 4. METODIKA ŘEŠENÍ – 1D MODEL K jednorozměrnému modelování řešených průtokových stavů byl použit jednorozměrný model HEC–RAS (HEC-RAS River Analyzing System, US Army Corps of Engineers, 1998) ve verzi 3.1.3. Jedná se o model pro řešení proudění ve větevné síti otevřených koryt. Model vychází ze soustavy rovnic Saint Venanta ve tvaru

∂Q ∂ (UQ ) ⎞ ⎛ ∂h + + gA⎜ − S 0 ⎟ + gAS f = 0 ∂t ∂x ⎠ ⎝ ∂x

∂Q ∂A + = 0, ∂x ∂t

kde Q je průtok [m3s-1], A průtočná plocha příčného řezu [m2], U = Q/A je střední průřezová rychlost [m.s-1], h je hloubka vody [m], S0 je sklon dna [-], Sf je sklon čáry energie [-] a g je gravitační zrychlení [m.s-2]. Sklon čáry energie Sf reprezentuje celkové hydraulické odpory, které kromě tření na dně zahrnují i vlivy turbulence proudění, nerovnoměrnosti rychlostního pole v příčném řezu, prostorové efekty proudění apod. Model byl vyvinut v US Army Corps of Engineers Hydrologic Engineering Center. Při řešení ustáleného proudění model používá metodu po úsecích podle rovnice

H 2 + Z2 +

α 2 ⋅V22 2g

α1 ⋅V12

= H 1 + Z1 +

he = L ⋅ S f + C ⋅

α 2 ⋅ V22 2g

−

2g

+ he

α1 ⋅ V12 2g

kde indexy 1 a 2 označují dva sousední profily. Další označení představuje : H1, H2

=

hloubky vody

Z1, Z2

=

poloha dna

V1, V2

=

průměrné rychlosti

α1,α2

=

rychlostní součinitel

g

=

gravitační zrychlení

he

=

ztrátová výška

L

=

délka úseku

Sf

=

sklon čáry energie

C

=

koeficient kontrakce

Model je schopen modelovat jak říční, tak bystřinné proudění, popřípadě kombinace obou. V rámci modelu lze použít obecný tvar příčných profilů, které lze členit v příčném směru

6

ČVUT v Praze, Fakulta stavební na dílčí části (koryto a inundace, případně podrobněji) a geometrický popis příčného řezu lze doplnit o specifikaci neprůtočných bloků, neaktivních ploch a bočních přelévaných hrází. Model má velmi podrobně propracovanou metodiku modelování řady různých typů objektů (zejména propustků a mostů) a jejich kombinací. Objekty se zadávají přímo popisem geometrie a příslušných hydraulických parametrů. Model byl již u nás v řadě případů použit pro účely stanovení záplavového území i při řešení problematiky protipovodňové ochrany. Uvedený model byl použit pro přípravné výpočty (předběžné stanovení rozsahů záplavy a potřebného rozsahu 2D modelu, analýzu vlivu objektů na toku a určení jejich konzumčních křivek, kalibrační výpočty pro rychlý předběžný odhad drsností a vedoucí k redukci nutného počtu kalibračních simulací pomocí 2D modelu).

5. METODIKA ŘEŠENÍ – 2D MODEL Pro dvourozměrné numerické modelování byl použit model FAST2D, který umožňuje podrobné numerické modelování povodňových situací v reálných geometrických podmínkách otevřených koryt a inundačních územích včetně urbanizovaných oblastí. Aktuální verze modelu (Valenta, 2004) koncepčně vychází z původní verze modelu vyvinutého v Institutu pro hydrodynamiku univerzity Karlsruhe (Wenka, Valenta, Rodi, 1991), který uvádějí Wenka a Valenta (1991). Uvedený 2D model je u nás opakovaně používán pro řešení aktuálních úloh vodohospodářské praxe i výzkumu – viz např. Valenta a Valentová, 2001 a 2003, v posledních letech především v souvislosti s problematikou ochrany proti povodním. Matematický základ modelu představuje soustava svisle integrovaných Reynoldsových rovnic, která bývá v odborné literatuře někdy označována jako ‘shallow water equations’ (rovnice mělké vody). Při odvození rovnic je použit předpoklad, že místní svislá zrychlení jsou zanedbatelná v porovnání se zrychlením gravitačním a že tlak vody se mění podle hydrostatického rozdělení. Z objemových sil je do řešení zahrnuta gravitační síla a vliv rotace Země. Rovnice jsou s ohledem na výchozí předpoklady vhodné pro případy, kdy půdorysné rozměry oblasti, v níž voda proudí, výrazně přesahují hloubku. Řídící rovnice lze psát ve tvaru

∂ ui ∂ ui + uj ∂t ∂ xj

= −g

∂ (h + z b ) + 1 ∂ (hTij ) + S i ; ∂ xi ρh ∂ x j ∂ h ∂ (hui ) + =0 ∂t ∂ xi

7

i, j = 1,2

ČVUT v Praze, Fakulta stavební Jde o dvě pohybové rovnice ve směrech x1 a x2 a rovnici kontinuity. V rovnicích značí h hloubku vody [m], zb je svislá souřadnice polohy dna [m], ρ je hustota vody [kg.m-3], g gravitační zrychlení [m.s-2] a t je čas [s]. V rovnicích se kromě hloubky h vyskytují jako neznámé složky průměrných svislicových rychlostí u1 a u2 [m.s-1], které jsou definovány jako

ui =

1 h

zb + h

∫

u iz dz

zb

kde uiz je vektor rychlosti [m.s-1] v úrovni z. Po výšce průměrované složky tenzoru efektivních napětí jsou popsány vztahy

Tij =

1 h

zb + h

l t d ∫ (τ ij + τ ij + τ ij ) dz

zb

⎛ ∂ ui

τ ijl = νρ ⎜⎜

⎝∂ xj

+

∂ uj ∂ xi

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

τ ijt = − ρ u i' u 'j τ ijd = − ρ (u i − u iz )(u j − u zj ) Jednotlivé výrazy popisující tenzor efektivních napětí vyjadřují v uvedeném pořadí napětí vznikající vlivem viskozity, turbulentní Reynoldsova napětí a napětí vlivem nerovnoměrnosti rychlostních profilů ve svislici. Člen Si [m.s-2] v pohybových rovnicích zahrnuje obecně působení vnějších sil a napětí, jakými jsou např. tečné napětí na dně τb [Pa], tečné napětí na hladině vlivem větru τw [Pa] a Coriolisovo zrychlení fc [m.s-2]:

Si =

1 (τ w,i − τ b,i ) + f c ,i ρh

Efektivní napětí jsou modelována podle principu turbulentní (resp. efektivní) viskozity 2 -1

νt [m s ], podle kterého lze turbulentní napětí vyjádřit s využitím turbulentní viskozity ze vztahu

⎛ ∂ ui

τ ijt = − ρ ui' u 'j = ν t ρ ⎜⎜

⎝∂ xj

8

+

∂ uj ∂ xi

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

ČVUT v Praze, Fakulta stavební V modelu je implementována svisle průměrovaná varianta dvourovnicového k -ε modelu turbulence. Turbulentní viskozita je vyjádřena pomocí turbulentní kinetické energie k [m2s-2] a disipace ε [m2s-3]

ν t = cμ

k2

ε

Zavedením uvedeného principu se rozšiřuje systém řídících rovnic o další dvě transportní rovnice. Na rozdíl od jednodušších modelů pro dvourozměrné proudění, které turbulenci buď zcela zanedbávají nebo určují turbulentní viskozitu pomocí jednoduchých algebraických vztahů, jsou v modelu FAST2D řešeny navíc dvě diferenciální přenosové rovnice pro turbulentní kinetickou energii k a disipaci ε. Model FAST2D používá k numerickému řešení soustavy řídících rovnic metodu konečných objemů, která tvoří přechod mezi metodou sítí a metodou konečných prvků. Princip metody vychází ze skutečnosti, že parciální diferenciální rovnice popisující řešený fyzikální jev, vyjadřují bilanci sledované veličiny v nekonečně malém objemu. Řešená oblast je nejprve rozdělena na malé podoblasti – konečné objemy – čtyřúhelníkového tvaru. Na rozdíl od přímé diskretizace, používané v metodě sítí, jsou řešené diferenciální rovnice nejprve v každém konečném objemu formálně integrovány a převedeny na integrály po hranicích konečného objemu. Od požadavku splnění bilance v nekonečně malém objemu se tak přechází k požadavku jejího splnění v konečném objemu, tedy v makroskopickém měřítku. Předmětem řešení je celkem pět neznámých veličin, definovaných ve středu každého konečného objemu – dvě složky průměrných svislicových rychlostí u a v, poloha hladiny h, turbulentní kinetická energie k a disipace ε. Těchto pět neznámých je určováno jako řešení soustavy pěti nelineárních parciálních diferenciálních rovnic – dvou pohybových rovnic, rovnice kontinuity a přenosových rovnic pro k a ε. Základní vstupní data modelu FAST2D zahrnují: −

geometrická data definující výpočetní síť,

−

geometrická data popisující morfologii terénu,

−

data definující obtékané překážky proudění (budovy, hráze, násypy komunikací),

−

rozložení parametrů drsnosti povrchu území,

−

okrajové podmínky. Při praktické aplikaci modelu je řešená oblast nejprve pokryta křivočarou výpočetní sítí,

která je zadávána pomocí souřadnic x a y rohových uzlů jednotlivých konečných objemů. Při

9

ČVUT v Praze, Fakulta stavební konstrukci sítě je přitom vhodné využít možností dané metody a hlavní linie sítě přizpůsobit obrysům hranic a eventuelně významným vnitřním překážkám uvnitř modelované oblasti, jakými jsou například příčné a podélné usměrňovací stavby, linie významné zástavby, linie oddělující oblasti s různými drsnostmi dna (terénu), atd. V další fázi je třeba doplnit souřadnice konečných objemů o informaci o nadmořské výšce terénu ve všech bodech výpočetní sítě a vytvořit tak digitální model terénu. Pro každý konečný objem je dále třeba definovat odpovídající

hodnotu

drsnostního

součinitele

podle

charakteru

dna,

resp.

povrchu

zaplavovaného terénu. Plošné rozložení drsností a odhad jejich velikosti je předmětem kalibrace modelu. Součástí tvorby modelu terénu je zohlednění zástavby, eventuelně dalších prvků, které představují úplné nebo částečné překážky proudění. Postup při modelování těchto překážek závisí na výšce překážky, to jest, zda se jedná o překážku přelévanou (pod hladinou vody) nebo obtékanou. Překážky prvního typu lze zahrnout do modelu terénu pomocí lokálních úprav nadmořské výšky povrchu terénu, překážky druhého typu se modelují vynecháním odpovídajících bloků konečných objemů a zavedením vnitřních okrajových podmínek, definujících příslušné úseky sítě jako nepropustné stěny. Třetí možností, používanou při modelování shluků velmi malých přelévaných překážek, je aplikace vysokých hodnot součinitele drsnosti, vystihujícího skutečnou makrodrsnost v odpovídající podoblasti. Na hranicích (vnějších i vnitřních) zvolené řešené oblasti je nutné zadat příslušné okrajové podmínky. Model umožňuje použít na jednotlivých částech hranice následující typy okrajových podmínek: −

zadání rychlostního profilu včetně směrů proudění,

−

zadání rozdělení průtoků podél vstupního profilu,

−

zadání polohy hladiny,

−

zadání parametrů turbulence,

−

zadání nepropustné hranice s uvažováním tření,

−

zadání nepropustné hranice bez tření (ev. zadání osy symetrie). Výsledkem numerické simulace jsou složky rychlostí proudění a poloha hladiny spolu

s charakteristikami turbulence proudění ve středech všech konečných objemů v řešené oblasti. Dostupná grafická vyhodnocení výsledků zahrnují výstupy v podobě tématických map hladin, hloubek a rychlostí či vyhodnocení proudových poměrů ve formě proudnic a vektorových polí rychlostí proudění vody.

10

ČVUT v Praze, Fakulta stavební 6. SESTAVENÍ A KALIBRACE 2D MODELU Modelovaná oblast a koncepce modelu Pro podrobné vyšetření proudových poměrů a hydraulických podmínek průchodu povodně korytem Berounky a přilehlým inundačním územím byl sestaven detailní dvourozměrný model. S ohledem na značnou členitost zájmového území a nutnost podrobně vystihnout zástavbu a jednotlivé terénní tvary (násypy komunikací, meandrující koryto vodního toku, vedlejší vodoteče apod.) bylo zapotřebí přistoupit k aplikaci modelu s relativně velmi vysokým rozlišením (zhruba 2 x 2 metry) a tedy i vysokým počtem výpočetních buněk. S ohledem na hardwarové nároky takto detailního modelování pak ovšem nebylo možné modelovat zájmové území jako jeden celek pomocí jediného modelu, nýbrž bylo zapotřebí použít několik na sebe navazujících modelů dílčích i s ohledem na různorodost a nepravidelnost modelované topologie zájmového území. Výstupní a vstupní hranice jednotlivých vytvořených dílčích modelů jsou vedeny vždy zhruba kolmo na podélnou osu inundačního území a vždy přednostně v úseku s relativně úzkým inundačním územím bez zástavby a pokud možno s přímou trasou vodního toku, tj. v úsecích s převážně jednorozměrným charakterem proudění. Vzájemná vazba mezi dílčími modely je vesměs realizována na společných hranicích, kdy vstupní hranice modelu níže ležícího koresponduje s výstupní hranicí modelu ležícího výše proti proudu. Na rozhraní mezi modely byl v potřebných případech navržen dílčí překryv mezi sousedními modely s cílem eliminovat vliv volby polohy rozhraní na výsledky řešení na společné hranici. Při volbě bočního ohraničení modelu se vycházelo z předpokládaného rozsahu záplavy při kulminačním průtoku na základě výpočtů provedených 1D modelem a dále z pozorovaného rozsahu záplavy 2002. Ohraničení modelů na obou podélných stranách sleduje hladké linie tak, aby modelem byl postižen celý rozsah modelované záplavy.

Výpočetní síť Výpočetní sítě konečných objemů dvourozměrných modelů byly navrženy jako křivočaré, s liniemi sledujícími tvar bočních hranic modelu. Parametry výpočetních sítí dílčích modelů pro úsek Beroun – Zvíkovec jsou uvedeny v tabulce 2, uváděné délkové charakteristiky zahrnují délku modelu měřenou v ose toku a maximální šířku modelu, uváděné rozměry buněk jsou průměrem v rámci modelu. Celkové počty výpočetních bodů u jednotlivých sítí se pohybovaly od 0,5 do 1,2 milionu. Průměrné rozměry konečného objemu činily u jednotlivých modelů cca

11

ČVUT v Praze, Fakulta stavební 2 x 2 metry, při tomto rozlišení modelu již bylo možno podrobně modelovat jednotlivé překážky proudění v podobě budov a dalších objektů.

Model č.

Rozsah (ř. km)

Délka (m)

Šířka (m)

Počet buněk

Rozměr buňky (m)

4 5 6 7 8 9

37,173 - 44,30 44,30 – 49,863 49,863 – 57,67 57,474 – 65,655 65,117 - 73,220 72,773 – 83,643

7127 5563 7807 8181 8103 10870

480 340 360 370 320 380

4000 x 300 2700 x 200 3800 x 220 3800 x 220 3980 x 180 5450 x 150

1,6 x 1,8 1,6 x 2,0 1,6 x 1,9 1,8 x 2,8 1,8 x 2,0 1,9 x 2,4

Tabulka 2: Parametry výpočetních sítí pro úsek Beroun – Zvíkovec

Tvorba modelu terénu Při definování morfologie terénu se vycházelo z dostupných topografických a geodetických podkladů, využita byla především aktuální geodetická data z pozemního a leteckého fotogrammetrického zaměření podrobněji specifikovaná v kap. 3. Výchozí surová data modelu terénu získaného leteckým zaměřením musela být doplněna informacemi o tvaru říčního koryta s využitím příčných profilů a dalšími podklady zpřesňujícími popis terénu v zájmovém území. S ohledem na nespojitý charakter těchto doplňkových podkladů (diskrétní datové hodnoty) nebyla ve většině případů k dispozici automaticky spojitá datová informace o konkrétním modelovaném tvaru (koryto, hráz, násep) a musela být vytvořena ručně pomocí digitálních modelovacích technik preprocesoru modelu z dílčích dat (příčné řezy, kóty koruny hrázek, kóty hran svahů apod.). Mnohé z podkladů TPE (situační plány objektů) rovněž nebyly k dispozici přímo v 3D interpretaci a musely být nejprve ručně digitalizovány do podoby 3D terénních hran. Na základě výsledných diskrétních vstupních dat pro digitální model byla preprocesorem vytvořena spojitá aproximace terénu pro numerický model. Následně byly hodnoty nadmořských výšek terénu převedeny do všech uzlů výpočetní sítě 2D modelu a tak vytvořena finální reprezentace modelovaného území v numerické podobě. V další fázi návrhu modelu bylo zapotřebí zohlednit veškeré překážky proudění, které byly do modelu zapracovány v podobě zablokování (zneprůtočnění) příslušných buněk výpočetní sítě. Zadání překážek probíhalo interaktivně nad podkladem tvořeným leteckým snímkem (ortofotomapou) zájmového území, aby byla zajištěna přesná polohová návaznost zadání na modelovanou skutečnost. Veškeré práce byly provedeny s využitím preprocesoru PREFAST numerického modelu FAST2D.

12

ČVUT v Praze, Fakulta stavební Kalibrace modelu Kalibrace modelu byla provedena s využitím informací o nadmořských výškách značek povodně ze srpna 2002. Modelované území bylo na základě mapových podkladů, leteckých snímků a terénního průzkumu rozděleno na dílčí podoblasti, charakterizované různými typy povrchu a charakteristikami drsnosti. Celkem bylo použito v jednotlivých modelech vždy 15 až 20 charakteristických typů povrchu. Vhodnost zvolených součinitelů drsnosti byla ověřena pomocí

simulace

povodně

s kulminačním

průtokem

odpovídajícím

svou

velikostí

kulminačnímu průtoku povodně v roce 2002 a následného porovnání výsledků s dostupnými údaji o povodňových značkách. Informace o kulminačních průtocích povodně 2002 byly čerpány z výsledné zprávy o projektu Vyhodnocení katastrofální povodně v srpnu 2002 (VÚV TGM a ČHMÚ, 2003). Na řešeném úseku toku Berounky byly k dispozici dva hydrogramy popisující časový průběh průtoků (obr. 1),

a to v měrných profilech Liblín a Beroun.

Vyhodnocené kulminační průtoky v těchto

profilech činily 1710 m3s-1 v profilu Liblín, resp. 2170 m3s-1 pro profil Beroun pod Litavkou. Z vyhodnoceného časového průběhu přítoku z Litavky s kulminačním průtokem 210 m3s-1 byl dále při přihlédnutí k časovému odstupu kulminací na Litavce a Berounce stanoven odhad kulminačního průtoku nad Litavkou v hodnotě 2000 m3s-1.

Obr. 1: Průběh povodně na Berounce (VÚV TGM a ČHMÚ, 2003) Rozložení kulminačních průtoků v dalších mezilehlých profilech a pod významnějšími přítoky bylo následně odhadnuto odvozením na základě interpolace s přihlédnutím k dílčím plochám povodí.

13

ČVUT v Praze, Fakulta stavební

Lokalita

Hýskov

Název

Staničení

Umístění značky

ř. km TPE

značka

výpočet

rozdíl

[m n.m.]

[m n.m.]

[m]

BER_L_049

37,345

LB areál firmy Bemont

223.56

223.78

0.22

D_L_23

37,380

LB

224.25

223.80

-0.45

Hýskov

BER_L_048 D_L_24

37,916 39,780

223.85 226.97

224.29 226.93

0.44 -0.04

Hýskov

BER_L_047

40,440

227.22

227.09

-0.13

D_L_25 D_P_26

41,215 41,250

227.49 227.51

227.50 227.57

0.01 0.06

228.59 229.88 229.97 231.41 231.52 231.65 231.87 231.37 231.93 231.94 233.64 233.66 233.56

228.74 229.90 230.03 231.69 231.69 232.04 232.02 231.70 232.24 232.24 233.83 233.83 233.83

0.15 0.02 0.06 0.28 0.17 0.39 0.15 0.33 0.31 0.3 0.19 0.17 0.27

233.79

233.95

0.16

233.72 233.75

233.84 233.95

0.12 0.20

236.54

236.68

0.14

238.77

238.80

0.03

239.03 239.03

239.23 239.24

0.20 0.21

Žloukovice Žloukovice Žloukovice Žloukovice Žloukovice Žloukovice Žloukovice Račice Račice Račice

BER_P_046 D_P_27 D_L_28 D_P_29 D_P_30 D_P_31 D_P_32 D_P_33 D_P_34 D_P_35 D_P_36 D_P_37 D_P_38

44.925 44.930 47.180 47.182 47.645 47.650 47.115 47.820 47.822 50.180 50.185 50.215

Račice

BER_P_045

50.265

Račice Račice

D_P_39 D_P_40

50.275 50.270

Zbečno

BER_L_044

53.192

BER_P_043

56.225

D_L_41 D_L_42

57.275 57.370

ryska na opěrné zdi LB sloup el. vedení, pod žel. přejezdem LB PB pod jezem, na sokolovně PB LB PB PB PB PB PB PB PB PB PB PB PB pod náměstím u přívozu na garáži PB PB LB na garážích před domem č.p.90 pod žel. zastávkou v tábořišti LB u č. 359 LB u č. 364

D_L_43

57.605

LB u č. 275

239.08

239.26

0.18

D_L_44 D_L_45 D_L_46 D_L_47 D_P_48

59.440 59.510 60.760 61.010 61.835

LB LB LB u chaty 416 LB u chaty 340 PB na zdi haly PB na kanálu, na vtoku do objektu PB na kanálu, u č. 656 PB u kanálu, na budově č. 14 na tělocvičně školy, nad mostem LB nad mostem na objektu č. 90

240.79 240.88 242.15 242.13 242.24

240.97 241.00 242.12 242.17 242.60

0.18 0.12 -0.03 0.04 0.36

243.44

243.74

0.30

243.52

243.73

0.21

243.61

243.81

0.20

244.18

244.24

0.06

244.09

244.32

0.23

Nižbor

Újezd nad Zbečnem Křivoklát Křivoklát Křivoklát, Na Ohradě pod Roztoky pod Roztoky Častonice Častonice Roztoky

42,875

62.040

Roztoky Roztoky

D_P_49 D_P_50

Roztoky

D_P_51

Roztoky

BER_L_042

62.410

Roztoky

D_L_52

62.600

62.265 62.305

14


Lokalita

Název

Staničení ř. km TPE

Roztoky

D_P_53

63.085

Višňová

BER_L_041

63.778

Nezabudice

BER_L_040

66.820

D_L_54

68.845

Skryje kemp Vydra

BER_P_038 BER_L_037

75.070 75.866

Šlovice

BER_L_036

77.556

Čilá

D_L_55

78.310

Čilská skála

BER_L_035

78.755

Hřebečníky Hřebečníky

D_L_56 D_L_57

79.180 79.195

Kostelík

BER_L_034

80.700

Javornice most Zvíkovec

BER_L_030 BER_L_029

81.360 81.932

Umístění značky

PB, u silnice, na domě č. 87 na zdi restaurace v kempu na stodole mlýna, nad jezem ústí Tyterského potoka, dům č. 136 čp. 131, Skryjský luh na skále na vtoku do MVE Čechův mlýn čp. 8 LB, u domu č.155 pod chatou e.č. 90 na borovici LB, u domu č.212 LB, u domu č. 212 č.p. 16, areál pily, na mlýnici na mostě přes Javornici tábořiště, na skále

značka

výpočet

rozdíl

[m n.m.]

[m n.m.]

[m]

244.19

244.47

0.28

245.12

245.27

0.15

247.81

247.97

0.16

249.19

249.34

0.15

254.58 255.71

254.65 255.57

0.07 -0.14

256.52

256.77

0.25

257.29

257.44

0.15

258.06

257.91

-0.15

258.09 258.12

258.12 258.12

0.03 0.0

259.26

259.39

0.13

259.93 260.67

259.89 260.65

-0.04 -0.02

Tabulka 3 - pokračování: Výsledky kalibrace pro úsek Beroun – Zvíkovec Vyhodnocené diference mezi vypočtenou a pozorovanou polohou hladiny pro takto určený průtokový stav jsou pro úsek Beroun – Zvíkovec uvedeny v tabulce 3. Značky s kódovým označením BER_x_xxx odpovídají archivním údajům o povodňových značkách z podkladů objednatele, značky označené kódem D_x_xx jsou nově doměřené značky (viz kalibrační podklady). Výsledky kalibračních výpočtů lze považovat za vyhovující, průměrná odchylka činí 13 cm, průměrná absolutní odchylka 17 cm. K maximálním odchylkám dochází u prvních tří značek v Hýskově. Přitom informace o poloze hladiny u prvních dvou značek jsou ve vzájemném rozporu (rozdíl 69 cm při vzájemné polohopisné odlehlosti obou značek cca 5 metrů), zde byla při kalibraci preferována archivní značka pořizovaná ihned po povodni před dodatečně zaměřenou značkou. Rovněž celkové vyhodnocení kalibračních výpočtů vykazuje trend lepší shody s původními archivními značkami fixovanými ihned po povodni oproti dodatečně pořizovaným značkám. Výjimku představuje značka BER_L_048, která se však nachází v oblasti lokálního vyššího spádu hladiny a zde vyhodnocenou odchylku tudíž nelze přeceňovat (globální úroveň hladiny určovaná polohou hladiny v korytě značce odpovídá podstatně lépe).

15

ČVUT v Praze, Fakulta stavební Výsledné kalibrační hodnoty drsností byly obdobné u 1D i 2D modelu a celkově odpovídají spíše dolním mezím typických intervalů hodnot udávaných odbornou literaturou. Jako příklady použitých hodnot ve zde dokumentovaném úseku toku lze uvést údaje pro koryto toku (0,025 až 0,035), běžné inundační území (0,04 až 0,05), hladké plochy a komunikace (0,03 až 0,04), hustý porost (0,09), ploty (0,2). Lze konstatovat, že výsledné kalibrační hodnoty drsností se víceméně dobře shodují s hodnotami použitými v předchozí studii odtokových poměrů (Povodí Vltavy, 2005).

7. ŘEŠENÉ PŘÍPADY A OKRAJOVÉ PODMÍNKY Při hydrotechnických výpočtech byly numerické modely zatěžovány průtoky v souladu s údaji o N-letých průtocích dle ČHMÚ (tabulka 1) s případným dalším rozčleněním podle dílčích ploch povodí, kromě kalibračních výpočtů byly řešeny průtokové stavy odpovídající povodním s dobou opakování 5, 10, 20, 50 a 100 let. Řešení probíhalo postupně v jednotlivých dílčích dvourozměrných modelech, vypočtená poloha hladiny na vstupní (vtokové) hranici níže ležícího modelu sloužila vždy jako okrajová podmínka pro výstupní (výtokovou) hranici navazujícího výše ležícího modelu. U nejníže ležícího modelu se při specifikaci hladiny na výstupní hranici (nad Berounem) vycházelo ze známých úrovní hladin převzatých z Povodňového modelu Berouna (DHI, 2006). Na vstupních hranicích 2D modelu byl zadáván celkový přítok do modelované oblasti, rozložení měrného průtoku podél hranice bylo modelováno pomocí lokální aplikace Chézyho rovnice. Jako okrajová podmínka pro model turbulence bylo v místě přítoku uvažováno plně rozvinuté turbulentní proudění, s rovnováhou mezi produkcí turbulentní kinetické energie a disipací. V případě významnějších přítoků do modelované oblasti byly obdobným způsobem modelovány dílčí vtoky do modelu v místě příslušných vodotečí. Ostatní změny průtoků související s průběžnými přítoky z mezipovodí byly schematicky realizovány na rozhraních jednotlivých modelů. Použité průtokové stavy u jednotlivých modelů uvádí tabulka 4. U přítoků je jako místo změny průtoku uváděno zjednodušeně staničení soutoku, skutečná poloha příslušné části hranice s okrajovou podmínkou však odpovídá reálné situaci.

16


Q100

Q50

Q20

Q10

Q5

[m3/s]

[m3/s]

[m3/s]

[m3/s]

[m3/s]

pod Klíčavou nad Klíčavou pod Rakovnickým p.

1456 1449 1444 1436 1434

1222 1222 1209 1201 1200

943 943 930 922 921

753 753 742 735 735

582 582 572 566 566

62,355 – 65,655

nad Rakovnickým p.

1368

1157

903

728

567

8

65,655 – 68,70

pod Tyterským p.

1364

1154

900

726

566

8

68,70 – 73,220

nad Tyterským p.

1357

1148

896

722

563

9

73,220 – 77,50

pod Zbirožským p.

1351

1142

892

719

561

9

77,50 – 81,315

pod Javornicí

1320

1117

871

702

548

9

81,315 – 83,643

nad Javornicí

1291

1093

852

687

536

Model č.

Rozsah (ř. km)

4 5 6 6 7

37,173 – 44,30 44,30 – 49,863 49,863 – 53,72 53,72 – 57,67 57,67 – 62,355

7

Poznámka

Tabulka 4: Modelované průtokové stavy pro úsek Beroun – Zvíkovec

Při určování vnitřních okrajových podmínek (hydrotechnické objekty) se vycházelo z výsledků přípravných výpočtů pomocí 1D modelu. O způsobu manipulace na objektech vodních elektráren nebyly žádné podrobnější informace známy, kanály byly uvažovány jako nehrazené se zadáním překážky proudění v místě využití spádu (budovy vodní elektrárny apod.).

17

ČVUT v Praze, Fakulta stavební 8. VYHODNOCENÍ VÝSLEDKŮ A KONSTRUKCE ZÁPLAVOVÝCH MAP Vyhodnocení hladin a konstrukce záplavových čar Výsledky výpočtů (vypočtené úrovně hladin při uvažovaných průtocích Q5, Q10, Q20, Q50 a Q100) byly vyhodnoceny v podobě psaného podélného profilu (příloha 2). Vyhodnocení výsledků je zde (a v navazující grafické dokumentaci) vztaženo k administrativnímu staničení podle dokumentace pro TPE vodního toku Berounky dle aktuálního geodetického zaměření (viz použité podklady).

Vypočtené polohy hladin byly dále vyhodnoceny i graficky jejich

vykreslením do příčných profilů a objektových příčných řezů v rozsahu daném TPE (přílohy 4 a 5). Přehled mostních objektů ve vztahu k vypočteným výškám hladiny při průtocích Q5, Q20 a Q100 je uveden v tabulkách 5.1 až 5.3. Je třeba upozornit na skutečnost, že uváděné výšky hladin v psaném podélném profilu i v příčných profilech jsou hodnotami platnými pro osu vodního toku. V místech se složitějšími podmínkami proudění mohou být výšky hladin ve větších vzdálenostech od koryta odlišné a pro jejich detailnější hodnocení je proto vhodnější vycházet z výsledků 2D modelování (příloha 3, listy C až E). Pro konstrukci záplavových čar byl použit digitální model terénu (Georeal, 2007 až 2008), zákres byl proveden do mapových podkladů poskytnutých objednatelem (systém ZABAGED, měřítko 1 : 10 000). Při konstrukci záplavových čar rozsah záplavy byl určen sestrojením průsečnice simulované hladiny s digitálním modelem terénu (přímý výstup dvourozměrného modelu). Výsledné zkonstruované záplavové čáry pro průtoky Q5, Q20, Q100 jsou vykresleny do situací s podtiskem v podobě použitých mapových podkladů (příloha 3, listy A). Při vykreslení záplavových čar u mostních objektů je dle požadavků objednatele použita následující konvence – v případě, že úroveň mostovky vyčnívá při daném povodňovém stavu nad hladinu a ani dolní hrana konstrukce mostu se dosud nedostala do kontaktu s hladinou, je záplavová čára ukončena (uzavřena) před a za objektem. Pokud je naopak konstrukce mostovky v kontaktu s vodou nebo je objekt dokonce přeléván, prochází záplavová čára přes komunikaci bez přerušení. Součástí výstupů záplavových čar je i vyhodnocená záplavová čára nejvyšší pozorované povodně ze srpna 2002 ve 3D (digitální výstupy studie), vyhodnocená firmou Geodis Brno (leden 2003).

18

Označení dle TPE Ocelová lávka Stradonice Betonový silniční most Nižbor Ocelový železniční most Žloukovice Ocelový účelový most Zbečno Betonový silniční most Zbečno Ocelový železniční most Roztoky Betonový silniční most Roztoky Ocelový silniční most Skryje Železobetonový most Zvíkovec

Staničení

Dolní hrana mostovky

Horní hrana mostovky

Hladina Q5

[ř. km] 41,318 43,147 47,190 52,635 53,430 62,395 52,562 75,257 81,700

[m n.m.] 227,15 229,51 232,69 233,16 239,35 248,47 244,63 255,24 263,36

[m n.m.] 227,52 231,03 234,62 233,85 240,53 250,26 246,79 256,13 263,71

[m n.m.] 224,08 225,41 227,88 231,80 232,30 239,96 240,28 251,41 257,21

Čelo v kontaktu s vodou ne ne ne ne ne ne ne ne ne

[m] -3,07 -4,1 -4,81 -1,36 -7,05 -8,51 -4,35 -3,83 -6,15

Přelévaný most

ne ne ne ne ne ne ne ne ne

[m] -3,44 -5,62 -6,74 -2,05 -8,23 -10,30 -6,51 -4,72 -6,50

Tabulka 5.1: Vyhodnocení výšky hladiny ve vztahu k mostním konstrukcím (Q5)


Staničení



Hladina Q20

[ř. km] 41,318 43,147 47,190 52,635 53,430 62,395 52,562 75,257 81,700

[m n.m.] 227,15 229,51 232,69 233,16 239,35 248,47 244,63 255,24 263,36

[m n.m.] 227,52 231,03 234,62 233,85 240,53 250,26 246,79 256,13 263,71

[m n.m.] 225,22 226,60 229,16 233,13 233,68 241,20 241,41 252,55 258,19

Čelo v kontaktu s vodou ne ne ne ne ne ne ne ne ne

[m] -1,93 -2,91 -3,53 -0,03 -5,67 -7,27 -3,22 -2,69 -5,17

Přelévaný most

ne ne ne ne ne ne ne ne ne

[m] -2,30 -4,43 -5,46 -0,72 -6,85 -9,06 -5,38 -3,58 -5,52



Staničení



Hladina Q100

[ř. km] 41,318 43,147 47,190 52,635 53,430 62,395 52,562 75,257 81,700

[m n.m.] 227,15 229,51 232,69 233,16 239,35 248,47 244,63 255,24 263,36

[m n.m.] 227,52 231,03 234,62 233,85 240,53 250,26 246,79 256,13 263,71

[m n.m.] 226,54 227,90 230,60 234,68 235,41 242,81 242,94 253,79 259,30

Čelo v kontaktu s vodou ne ne ne ano ne ne ne ne ne

[m] -0,61 -1,61 -2,09 1,52 -3,94 -5,66 -1,69 -1,45 -4,06

Přelévaný most

ne ne ne ano ne ne ne ne ne

[m] -0,98 -3,13 -4,02 0,83 -5,12 -7,45 -3,85 -2,34 -4,41


ČVUT v Praze, Fakulta stavební Mapy charakteristik proudění Pro výsledky modelování stavy odpovídající povodním s dobou opakování 5, 20 a 100 let byly vytvořeny záplavové mapy, které kromě základní informace o rozsahu záplavy obsahují i detailní informace o rozložení charakteristik proudění vody v zájmovém území. Tyto mapy znázorňují prostorové rozložení jednotlivých hydraulických veličin získaných jako výstupy dvourozměrného numerického modelování a umožňují širší využití získaných informací. Tento způsob vyhodnocení poskytuje přehledné souhrnné vyhodnocení podmínek proudění vody v zájmové oblasti a umožňuje podrobnější analýzu odtokových poměrů v zájmovém území. Kompletní sestava grafického vyhodnocení simulačních výsledků (příloha 3, listy C,D,E) zahrnuje následující přehledné tématické mapy charakteristik proudění: -

úrovně hladiny vody, hloubky vody, průměrné svislicové rychlosti proudění.

Všechny typy map mají stejný charakter a znázorňují prostorové rozložení vybrané charakteristiky proudění. Simulovaná veličina je vyhodnocena v tématické barevné mapě pomocí izoploch s příslušným krokem, který je definován barevnou paletou. Stupnice použitá ve vyhodnocení konkrétní tématické záplavové mapy je vždy vysvětlena v příslušné legendě. V případě rychlostí se vzhledem k typu numerického modelu (2D model) jedná o průměrné svislicové rychlosti (průměr rychlostí v celém rozsahu hloubky od obvykle nejmenších rychlostí u dna po obvykle nejvyšší rychlosti u hladiny). K interpretaci výsledků je zapotřebí zásadně přistupovat s ohledem na rozlišení modelu a podrobnost vstupních dat. Typickým příkladem jsou menší vodoteče či terénní deprese, které nelze ani při zde použitém vysokém rozlišení 2D modelu (rastr 2 x 2 metry) definovat s odpovídající přesností s ohledem na podrobnost a rozlišení vstupního digitálního modelu terénu. V těchto případech mohou mít výsledky pouze informativní charakter z hlediska polohy hladiny, zatímco vyhodnocení rychlostí a hloubek se vzhledem k rozlišení modelu může lišit od skutečnosti. Vyhodnocené charakteristiky proudění je třeba chápat jako průměrné hodnoty při daném simulovaném kulminačním stavu. To znamená, že nelze vyloučit lokální překročení vyčíslených hodnot (zejména hloubek nebo rychlostí) například v důsledku lokálních depresí, lokálních koncentrací proudu a obdobných geometrických detailů či jevů pod hranicí rozlišení modelu, či v důsledku některých dalších modelem nepostižitelných jevů (třírozměrné efekty proudění v místech hydrotechnických objektů, při obtékání hran překážek, při omezení průtočnosti objektů, nestacionární jevy při plnění inundačního území, při destrukci lokálních překážek, plotů apod.).

19

ČVUT v Praze, Fakulta stavební Praktická využitelnost výstupů Vytvořené záplavové mapy s vyhodnocením charakteristik průchodu povodně zájmovým územím jsou (s přihlédnutím k výše uvedeným nejistotám) využitelné pro další praktické účely, ve kterých je znalost základních parametrů proudění vody klíčová pro podrobnou analýzu zkoumaného jevu. S využitím vyhodnocení mohou být identifikovány oblasti s aktivní rolí při převádění povodňových průtoků a vizuálně odhaleny lokální problémy, které mají negativní vliv na proudové poměry, např. vynucená koncentrace proudění v důsledku hydrotechnických, dopravních nebo jiných objektů, kvůli přirozeným terénním překážkám proudění či nesprávnému způsobu využití území a neuvážené zástavbě v inundačním území. Vyhodnocení polohy hladiny vody umožňuje vyšetřit místa s velkým sklonem hladiny a úzká místa a překážky proudění způsobující zpětné vzdutí vody. Znalost rychlostí vody a hloubek vody je základem pro identifikaci nebezpečných oblastí v zaplaveném území a slouží rovněž jako nezbytný podklad pro rizikovou analýzu. Záplavové mapy charakteristik proudění mohou být využity při návrhu územních plánů a plánů rozvoje, při plánování a schvalování dopravních a jiných staveb situovaných v záplavovém území, při navrhování protipovodňových opatření, tvorbě povodňových plánů a řešení dalších praktických úkolů spojených s rozvojem obcí, správou vodního toku i při plánování protipovodňové ochrany.

9. VYHODNOCENÍ AKTIVNÍ A NEBEZPEČNÉ ZÓNY ZÁPLAVOVÉHO ÚZEMÍ Součástí vyhodnocení hydrotechnických výpočtů bylo stanovení aktivní zóny záplavového území (AZZU) pro průtok Q100 v rozsahu zájmového území. Při zpracování bylo přihlédnuto k podstatným zásadám návrhu „Metodiky stanovení aktivní zóny záplavového území“ v aktuální verzi duben 2005 a současně k upřesňujícím pokynům objednatele. Použitá verze metodiky rozlišuje v závislosti na charakteru vodního toku čtyři možné přístupy ke stanovení rozšířené aktivní zóny záplavových území: 1. podle záplavových území 2. podle parametrů proudění 3. podle rozdělení měrných průtoků 4. podle detailních 2D studií.

20

ČVUT v Praze, Fakulta stavební V souladu s požadavky objednatele byla provedena dvě samostatná vyhodnocení výsledků 2D modelování, zahrnující: 1. Vyhodnocení aktivních zón (AZZU) dle vyhl. MŽP 236/2002 Sb. o způsobu a rozsahu zpracování návrhu a stanovování záplavových území (dále jen „Vyhláška“). Aktivní zóna byla ve smyslu Vyhlášky definována jako území, které odvádí rozhodující část průtoku a kde zároveň dochází k přímému ohrožení životů, zdraví a majetku. 2. Vyhodnocení nebezpečných zón, které jsou pro účel posouzení definovány jako území s nebezpečnou hloubkou vody (metodika Fink Bewick), které současně nemusí odvádět rozhodující část celkového průtoku dle Vyhlášky. Při vyhodnocení aktivních zón byly vyhodnoceny průtokově aktivní oblasti, tj. oblasti, které převádějí podstatnou část průtoku. Jejich vyhodnocení bylo provedeno hydraulickou metodou na základě rozdělení svislicových měrných průtoků a s využitím vyhodnocených proudových pásů. Do rozsahu aktivní zóny byly dále v souladu s metodikou zahrnuty oblasti v podobě ostrovů bez možnosti ústupu v průběhu povodně. Součástí aktivní zóny se dále automaticky stávají všechny permanentní vodoteče v rozsahu záplavového území. Tato skutečnost, stejně jako použitou metodikou umožněné vynětí stávající zástavby z aktivní zóny (z důvodu umožnění rekonstrukcí stávajících staveb), není v grafickém zpracování explicitně vyznačena, nicméně technická zpráva na ni tímto upozorňuje. Nebezpečné zóny záplavového území byly v souladu se zadáním stanoveny podle parametrů proudění a zahrnují oblasti s vysokými hodnotami hloubek nebo rychlostí, které nemusí nutně převádět rozhodující část průtoku, nicméně jsou nebezpečné z hlediska ohrožení životů a zdraví osob a ohrožení majetku. Na základě konzultací s objednatelem byla při stanovení nebezpečných zón aplikována méně restriktivní metodika dle Finka a Bewicka doporučovaná metodikou pro inundační území běžného významu.

V případě, že v posuzovaném místě

současně dochází k převádění rozhodující části průtoku, koresponduje zde nebezpečná zóna se zónou aktivní. Výsledné aktivní a nebezpečné zóny jsou vykresleny do situace s podtiskem v podobě použitých mapových podkladů (příloha 3, listy B.1 a B.2).

21

ČVUT v Praze, Fakulta stavební 10. DIGITÁLNÍ DOKUMENTACE – MAPOVÝ SERVER Součástí dokumentace výsledků studie bylo zajištění prezentace mapových výstupů a další související dokumentace na mapovém serveru. Výsledky byly v souladu s požadavky objednatele

publikovány

na

adrese

interního

mapového

serveru

Povodí

Vltavy

http://www.dugis.cz/mapypovodi/. Běžný uživatelský přístup umožňuje zobrazení záplavových čar a aktivních zón nad rastrovou mapou ZABAGED. Správcem přístupů k prezentovaným výstupům studie je Povodí Vltavy, s.p., závod Berounka.

LITERATURA

[1] [2] [3] [4] [5]

DHI Hydroinform a.s. (2005): Metodika stanovení aktivní zóny záplavového území DHI Hydrainform a.s. (2006): Povodňový model Beroun Povodí Vltavy s.p. (2005): Záplavová území Berounky, Středočeský kraj VÚV TGM, ČHMÚ (2003): Vyhodnocení katastrofální povodně v srpnu 2002 Valenta P. (2004): Dvourozměrné numerické modelování proudění vody v otevřených korytech a inundačních územích. Habilitační práce. ČVUT, Fakulta stavební, Praha. [6] Valenta, P a kol. (2000): Klasifikace inundačních území a předpovídání povodňových škod na bázi dvourozměrného matematického modelování povodňových situací. In: Workshop 2000 - Extrémní hydrologické jevy v povodích, ČVUT Praha [7] Valenta, P., Valentová, J. (2001): Dvourozměrné matematické modelování proudění vody v inundačních územích jako podklad pro územní plánování. In: Konference Orlice 2001, Jablonné nad Orlicí, Orlická hydrogeologická společnost [8] Valenta P., Valentová J. (2003): Detailed Numerical Modeling of Flood Flow in Floodplains with Complex Geometry. Acta Polytechnica 3/2003, 43, 55 – 60. [9] Wenka, T.- Valenta, P.- Rodi, W. (1991): Depth - Average Calculation of Flood Flows in a River with Irregular Geometry. Proc. XXIV IAHR Congress, Madrid. [10] Wenka, T.- Valenta, P. (1991): Entwicklung und Austesten einer tiefengemittelten Version des FAST 2D Computer Programms. Universität Karlsruhe. [11] US Army Corps of Engineers (1988): HEC–RAS River Analyzing System [12] Geodis Brno s.r.o. (2003): Technická zpráva k zpracování podkladů pro vyhodnocení povodně 8/2002 – studie vyhodnocení záplavové čáry ve 3D

22


SEZNAM PŘÍLOH 1 2 3

Technická zpráva Psaný podélný profil Mapové výstupy Listy A - Záplavové čáry pro Q5, Q20 a Q100 Listy B.1 - Záplavová čára Q100 a aktivní zóna záplavového území Listy B.2 - Nebezpečné zóny záplavového území* Listy C - Charakteristiky proudění (hladiny, hloubky, rychlosti) pro Q5* Listy D - Charakteristiky proudění (hladiny, hloubky, rychlosti) pro Q20* Listy E - Charakteristiky proudění (hladiny, hloubky, rychlosti) pro Q100*

4 5

Příčné profily v objektech* Příčné profily*

* pouze rozšířená paré (skladba jednotlivých paré odpovídá požadavkům objednatele dle výrobního výboru ze dne 8.9.2011)

23


Hydrologické podklady ČHMÚ – profily 1 až 4

24


Hydrologické podklady ČHMÚ – profily 1 až 4

25


Hydrologické podklady ČHMÚ – profily 5 až 10 26


Souřadnice doměřených povodňových značek povodně 2002

v úseku Beroun -

Zvíkovec Označení bodu

X

Y

Z

D_L_23 D_L_24 D_L_25 D_P_26 D_P_27 D_L_28 D_P_29 D_P_30 D_P_31 D_P_32 D_P_33 D_P_34 D_P_35 D_P_36 D_P_37 D_P_38 D_P_39 D_P_40 D_L_41 D_L_42 D_L_43 D_L_44 D_L_45 D_L_46 D_L_47 D_P_48 D_P_49 D_P_50 D_P_51 D_L_52 D_P_53 D_L_54 D_L_55 D_L_56 D_L_57

-769241.89 -771209.58 -772242.15 -772390.25 -775330.76 -775360.82 -776850.04 -776850.05 -776874.91 -776876.83 -776908.67 -776942.54 -776944.79 -778910.46 -778920.41 -778936.34 -778977.68 -778984.38 -781268.10 -781272.41 -781293.39 -781437.92 -781506.95 -782365.41 -782422.07 -782658.41 -782782.93 -782862.86 -782886.72 -783220.54 -783457.26 -786748.77 -793206.95 -793954.54 -793967.98

-1050908.02 -1050119.94 -1049333.24 -1049412.57 -1047642.42 -1047523.54 -1046305.89 -1046305.91 -1045879.99 -1045873.76 -1046388.08 -1045775.54 -1045773.1 -1044877.84 -1044886.54 -1044860.67 -1044815.38 -1044833.22 -1043183.64 -1043259.11 -1043523.18 -1045139.34 -1045171.6 -1044967.27 -1044831.76 -1044045.43 -1043846.80 -1043815.40 -1043857.96 -1043805.25 -1044256.54 -1046114.32 -1049632.6 -1049174.25 -1049169.11

224.25 226.97 227.49 227.51 229.88 229.97 231.41 231.52 231.65 231.87 231.37 231.93 231.94 233.64 233.66 233.56 233.72 233.75 239.03 239.03 239.08 240.79 240.88 242.15 242.13 242.24 243.44 243.52 243.61 244.09 244.19 249.19 257.29 258.09 258.12

27

AKTUALIZACE ZÁPLAVOVÉHO ÚZEMÍ BEROUNKY v ř. km 9,800 až 83,500

Recommend Documents