ESKÁ ZEM D LSKÁ UNIVERZITA V PRAZE

ESKÁ ZEM D LSKÁ UNIVERZITA V PRAZE FAKULTA ŽIVOTNÍHO PROST EDÍ

Katedra vodního hospodá ství a environmentálního modelování

Hydrotechnické posouzení vodního toku Svodnice

Diplomová práce Vedoucí diplomové práce: Ing. Radek Roub, Ph.D. Vypracoval: Lud k Bureš

Praha 2013

Pod kování „Cht l bych pod kovat Ing. Radku Roubovi, Ph.D. za pomoc a cenné rady p i vypracování této práce. Dále bych cht l pod kovat mé rodin a blízkým za podporu p i studiu, a Milanu Vaškových za pomoc p i sb ru dat v terénu. V neposlední ad také d kuji podniku Lesy R s. p. za poskytnutí podkladových dat. “

„Prohlašuji, že jsem tuto práci vytvo il samostatn pod vedením Ing. Radka Rouba, Ph.D. Všechny literární a ostatní prameny použité p i vytvá ení této práce, které jsem citoval nebo použil, jsou uvedeny v seznamu literatury nebo v metodice.“

V Blatni ce 20. 4. 2013 ……………………….. Lud k Bureš

Abstrakt

Práce se zabývá hydrotechnickým posouzením ásti toku Svodnice a objekt , které zasahují do pr to ného profilu toku. Posuzovaná

ást toku se nachází

v intravilánu obce Blatni ka. K posouzení je využito matematického modelu HEC – RAS. Na základ výsledk z modelu jsou pro zájmovou lokalitu vyneseny záplavové áry pro 5letý, 20letý a 100letý pr tok. Samotnému posouzení p edchází rešerše sou asných poznatk . Rešerše vysv tluje termíny používané v dané problematice a p edstavuje používané postupy. Další ástí je charakteristika zájmové oblasti v povodí Svodnice a popis toku procházejícího tímto územím. V rámci popisu toku jsou detailn ji popsány objekty zasahující do pr to ného profilu toku. P edposlední ástí je samotné hydrotechnické posouzení toku. Záv re nou ástí je zhodnocení výsledk .

Klí ová slova: hydraulický model, HEC-RAS, povode , pr tok, p í ný profil

Abstrakt This work deals with hydrotechnical assessment of the flow Svodnice and objects that interfere with the flow profile of the flow. Judging part of the stream is located in the urban area Blatni ka. To assess the use of the mathematical model HEC - RAS. Based on the results of the model are of interest for the location plotted flood line for a 5-year, 20-year and 100-year old flow. The actual assessment prior to current research findings. Searches explains the terms used in the problem and presents a procedure. Another part is characteristic of the area of interest in Svodnice basin and a description of the flow passing through the territory. In the description of the flow are described in detail objects extending into the flow profile of the flow. The penultimate part is the hydrotechnical assessment. The final part of the evaluation results.

Keywords: hydraulic model, HEC-RAS, flood, discharge, cross section

1. Úvod....................................................................................................................... 10 1.1 Cíle ................................................................................................................... 11 2. Sou asná problematika........................................................................................ 12 2.1 Povodn ............................................................................................................ 12 2.1.1 Zvláštní povodn ....................................................................................... 12 2.1.2 P irozené povodn ..................................................................................... 13 2.1.3 Ochrana p ed povodn mi .......................................................................... 13 2.1.4 Povod ové plány....................................................................................... 13 2.1.5 Stupn povod ové aktivity........................................................................ 14 2.1.6 Záplavová území ....................................................................................... 15 2.1.7 Aktivní zóna záplavového území („AZZU“) ............................................ 16 2.1.8 Hydrotechnické posouzení mostních konstrukcí ...................................... 16 2.2 Matematické modelování ................................................................................. 18 2.2.1 Srážko-odtokové modely .......................................................................... 18 2.2.2 Hydraulické modely .................................................................................. 20 2.2.3 1D model................................................................................................... 21 2.2.4 2D model................................................................................................... 23 2.2.5 3D model................................................................................................... 24 2.3 Charakteristika modelu HEC-RAS .................................................................. 25 2.3.1 Matematická podstata modelu HEC-RAS ................................................ 25 2.3.2 Stanovení vstupních parametr pro model HEC-RAS ............................. 26 3. Metodika ............................................................................................................... 29 3.1 Topografická data ............................................................................................ 29 3.1.1 Postup zam ení objekt ........................................................................... 30 3.2 Hydrologická data ............................................................................................ 31 3.3 Terénní pr zkum .............................................................................................. 32 3.4 Stanovení drsnosti koryta................................................................................. 33 3.5 Rozší ení p í ných profil ............................................................................... 33 3.6 Použité mapové podklady ................................................................................ 34 4. Charakteristika toku a povodí ............................................................................ 36 4.1 Povodí toku Svodnice ...................................................................................... 36 4.2 Vymezení zájmového území ............................................................................ 37 4.3 Zem pisná poloha a orografické pom ry v povodí.......................................... 39

4.4 Klimatické pom ry v zájmovém území ........................................................... 40 4.5 Geologické, p dní a hydrogeologické pom ry v zájmovém území................. 40 4.6 Hydrologické pom ry ...................................................................................... 41 4.7 í ní sí v povodí............................................................................................. 41 5. Sestavení matematického modelu....................................................................... 49 5.1 Schematizace osy koryta .................................................................................. 49 5.2 Zadávání p í ných profil ................................................................................ 50 5.3 Zadávání objekt .............................................................................................. 51 5.4 Zadání okrajových podmínek........................................................................... 52 5.5 Spušt ní výpo tu .............................................................................................. 53 5.6 Revize modelu.................................................................................................. 53 5.7 Simulace........................................................................................................... 55 5.8 Zobrazení záplavových ar a záplavových území............................................ 55 6. Výsledky................................................................................................................ 56 7. Diskuse .................................................................................................................. 59 8. Záv r ..................................................................................................................... 61 9. Seznam použité literatury ................................................................................... 63 10. P ílohy ................................................................................................................. 68

1. Úvod „Bez vody není života.“ Známé r ení, za nímž se skrývá mnoho pravdy. Vždy pro života je voda nezbytn d ležitá, bez vody by lov k zem el žízní, bez vody by lov k nemohl zavlažovat pole ani chovat zví ata, bez vody by nedokázali r st ani stromy. Oprostíme - li se od existen ního významu vody, narazíme na jiný význam vody. Význam vody jako média, které lov ku denn pomáhá. Pohání lopatky jeho turbín, aby mu vytvo ila energii, p epravuje jeho náklad pomocí lodí. A v neposlední ad

lov ku také slouží k rekreaci a zkvalitn ní života. Práv

z t chto, ale i spousty jiných d vod

lov k vodu vyhledává a zakládá si u ní svá

obydlí. Už nejstarší lidské civilizace se usidlovaly v blízkosti zdroj vody, a to p edevším ek. Ovšem krom t chto p ív tivých stránek má voda pro lov ka i své nep ív tivé stránky, kdy bere lov ku p du, st echu nad hlavou, a v nejhorších p ípadech i život. Jednou z t chto nep ív tivých stránek jsou povodn , které lov ka provázejí od nepam ti. Avšak v posledních desetiletích v R ukázaly svou sílu a aktuálnost. A už zmíníme ty z roku 1997 na Morav , nebo povodn z let 2002, 2006 a 2010 v echách, vždy se shodneme na tom, že nás povodn zastihují asto nep ipravené a p ekvapují nás bu svou rychlostí, nebo rozsahem. Zatím co rychlost zejména bleskových povodní v sou asné dob lze p edpovídat jen st ží, rozsah povodn už p edpovídat lze (Janál, Starý 2009). K p edvídání rozsahu povodn

lze s úsp chem využívat matematického

modelování. Které nám umí dát informaci o tom, do jaké výšky m že p i povodni hladina vystoupat, kudy se bude voda valit po opušt ní koryta a kde všude se voda rozleje. Práv toto mohou být pro lov ka velmi cenné informace, které mu mohou pomoct v ochran jeho majetku i života. Jiným typem odpov di, na kterou dokáže matematické modelování odpov d t je, zda dokáže projít povode

stávajícím

korytem bez toho, aby ho opustila. Tato práce se zabývá hydrotechnickým posouzením toku Svodnice v zastav ném území obce Blatni ka. Dosavadní záplavové území je stanoveno v povod ovém plánu z roku 2004 (Surgeo 2004). V roce 2009 byla tato obec postižena bleskovou povodní, která zp sobila poni ení koryta a zaplavení ástí obce. Povode byla zp sobena p ívalovým dešt m o výšce 59,16 mm, který do povodí spadl b hem jedné hodiny. Vzhledem k povaze povodí, lze p edpokládat, že velké pr toky zp sobené p ívalovými dešti nebudou v tomto povodí ni ím výjime ným.

- 10 -

V letech 2011 – 2012 byla provedena úprava koryta toku Svodnice v intravilánu obce. Cílem úpravy bylo p edevším opravit nátrže zp sobené povodní z roku 2009. Po této povodni bylo z koryta toku odstran no asi 3500 uvoln ných panel . Což byla asi 1/3 celkového množství panel pot ebných pro opevn ní koryta toku v intravilánu obce. Dále došlo k úprav podélného sklonu dna a ke zm n opevn ní koryta (Ing. Karel Vaštík, projektant úpravy, VI. 2012, in verb.). Nov bylo koryto opevn no kamennou rovnaninou na místo p vodních betonových panel . A práv na otázku, jak nov upravené koryto toku dokáže p evád t povod ové pr toky, se bude snažit odpov d t tato práce.

1.1 Cíle Prvním z cíl

této práce je hydrotechnické posouzení stávajícího stavu

vodního toku a pr to nosti koryta. Pomocí hydrotechnického po posouzení je také možné najít riziková místa na toku, která mohou p i povod ových stavech hladiny zp sobovat vyb ežení toku. Aby bylo možné hydrotechnické posouzení toku provézt, je nutné také sestavit hydraulický model toku. Hydraulický model bude sestaven v programu HEC-RAS. Druhým cílem je vykreslení zátopových ar pro N-leté pr toky. Celkem budou stanoveny 3 zátopové áry. Budou to áry, které jsou stanoveny vyhláškou . 236/2002 o zp sobu a rozsahu zpracování návrhu a stanovování záplavových území ze dne 24. 5. 2002. Jedná se tedy o

áry odpovídající pr toky s periodicitou

opakování 5, 20 a 100 let. Jelikož se jedná o zastav né území, bude následn stanovena i aktivní zóna záplavového území.

- 11 -

2. Sou asná problematika Za poslední desetiletí eskou republiku postihlo velké množství povodní. Od povodní zp sobených p ívalovými dešti, p es ledové povodn

až k povodním

zp sobeným vytrvalými dešti. Pozoruhodná není jen rozmanitost povodní, ale i to, že p icházeli v podstat v jakémkoliv ro ním období. V p ípad , že by takováto pestrost povod ových událostí p etrvávala i nadále, znamenalo by to, že nás povodn m žou p ekvapit kdykoliv a kdekoliv (Cílek 2009).

2.1 Povodn Povodn jsou p írodní katastrofou, které nelze zabránit, lze však do jisté míry omezit ni ivost jejich ú ink . Výskyt i intenzita povodní jsou charakteristické velkou nahodilostí (Procházková 2006). Pod pojmem povodn se rozumí p echodné zvýšení hladiny vodních tok , nebo jiných povrchových vod, p i nichž dojde k p ekro ení pr to né kapacity koryta. P i tomto zvýšení hladiny dochází k zaplavení území mimo vodního toku. Povodní je klasifikován také stav, kdy voda m že p sobit škody tím, že nem že p irozen odtékat z ur itého území, nebo její odtok z tohoto území je nedostate ný. K tomuto jevu m že docházet nap íklad p i soust ed nému odtoku srážkových vod. Povodn lze obecn rozd lit na povodn p irozené a zvláštní povodn (Ková 2004, Brázdil et al. 2005, Just et al. 2005).

2.1.1 Zvláštní povodn Pod pojmem zvláštní povodn se rozumí povode zp sobená um lým vlivem, který je následkem lidské inženýrské innosti. Rozumí se tím situace, které mohou nastat zejména p i stavb

a provozu vodních d l. Tato díla mohou zap í init

vzdouvání hladiny, zp sobené poruchou hradícího t lesa (prasknutí hráze), výpustného za ízení nebo svým nouzovým provozem p i kritických situacích. Z tohoto d vodu musí být tato t lesa pod neustálým dohledem. Intenzita tohoto dohledu je ur ena za azením díla do kategorií rizikovosti. Za azení do kategorie

- 12 -

rizikovosti záleží na tom, jaké škody budou zp sobeny p ípadnou havárií (Ková 2004).

2.1.2 P irozené povodn P irozenou povodní se rozumí povode

zp sobená p írodními jevy.

Nej ast jšími jevy zp sobujícími povodn jsou srážkové události, tání sn hu nebo pohyb ledu v koryt toku.

P irozené povodn m žeme d lit na :

1) Zimní a jarní povodn

zp sobené táním sn hové pokrývky, p evážn

v kombinaci s deš ovými srážkami. 2) Letní povodn zp sobené dlouhotrvajícími regionálními srážkami. 3) Letní povodn zp sobené krátkými srážkami vysoké intenzity. 4) Zimní povodn zap í in né ledovými jevy (Brázdil et al. 2005).

2.1.3 Ochrana p ed povodn mi Filozofií této ochrany je zejména p edcházení p ímého ohrožení života, zdraví a majetku ob an . Nadále pak ochrana spole nosti a životního prost edí. Samotná ochrana se pak skládá z p ípravných opat ení a organiza ního zjišt ní. Fáze p ípravných opat ení v sob a stup

zahrnuje stanovení záplavových zón

povod ové aktivity, vytvá ení povod ových plán , organizace p edpov dní,

hlásné služby aj. (zákona .254/2001 Sb).

2.1.4 Povod ové plány Povod ovými plány se rozumí dokumenty, které jsou specifikovány v § 71, zákona .254/2001 Sb., o vodách a o zm n n kterých zákon ze dne 28. 6. 2001 (dále „vodní zákon“). V t chto dokumentech je uvedeno jak postupovat, aby bylo dosaženo v asné a spolehlivé informace o vývoji povodn . Dále obsahují postup jak

- 13 -

zajistit v asnou aktivizaci povod ových orgán , zabezpe ení hlásné a hlídkové služby, ochrany objekt , p ípravy a organizace záchranných prací. V neposlední ad , je zde uvedeno jak zajistit základní provoz v objektech narušených povodní.

Obsah povod ových plán se d lí na :

1) V cnou

ást, ta zahrnuje údaje pot ebné pro zajišt ní ochrany p ed

povodn mi, tato ochrana se týká objekt , obce, povodí, nebo jiného územního celku, obsahuje též sm rodatné limity pro vyhlašování stup povod ové aktivity. 2) Organiza ní ást, ta obsahuje jmenné seznamy, adresy a zp sob spojení na ú astníky ochrany p ed povodn mi s uvedením jejich úkol , je zde také uveden zp sob organizace hlásné a hlídkové služby. 3) Grafickou ást, zde jsou uvád ny zejména pot ebné mapy a plány, na t chto mapách a plánech jsou zakreslena záplavová území, evakua ní trasy, hlásné profily a informa ní místa.

2.1.5 Stupn povod ové aktivity Dle § 71 vodního zákona se stupni povod ové aktivity rozumí míra povod ového nebezpe í vázaná na sm rodatné limity, jimiž jsou zpravidla vodní stavy, nebo pr toky v hlásných profilech na vodních tocích. Rozsah operativních opat ení provád ných p ed konkrétní povodní se ídí nebezpe ím nebo vývojem povod ové situace, která je vyjád ena 3 stupni povod ové aktivity.

1) První stupe

(stav bd losti) nastává p i nebezpe í p irozené povodn

a zaniká, pominou-li p í iny takového nebezpe í, tento stav nastává rovn ž vydáním výstražné informace p edpov dní povod ové služby. Vyžaduje v novat zvýšenou pozornost vodnímu toku nebo jinému zdroji povod ového nebezpe í, zahajuje innost hlásná a hlídková služba. Na vodních dílech nastává tento stav p i dosažení mezních hodnot sledovaných jev a skute ností z hlediska bezpe nosti díla nebo p i zjišt ní mimo ádných okolností, jež by mohly vést ke vzniku zvláštní povodn .

- 14 -

2) Druhý stupe

(stav pohotovosti) se vyhlašuje, když nebezpe í p irozené

povodn p er stá v povode , ale nedochází k v tším rozliv m a škodám mimo koryto, vyhlašuje se také p i p ekro ení mezních hodnot sledovaných jev a skute ností na vodním díle z hlediska jeho bezpe nosti. Aktivizují se povod ové orgány a další ú astníci ochrany p ed povodn mi, uvád jí se do pohotovosti prost edky na zabezpe ovací práce, provád jí se opat ení ke zmírn ní pr b hu povodn podle povod ového plánu. 3) T etí stupe (stav ohrožení) se vyhlašuje p i bezprost edním nebezpe í nebo vzniku škod v tšího rozsahu, ohrožení život a majetku v záplavovém území. Vyhlašuje se také p i dosažení kritických hodnot sledovaných jev a skute ností na vodním díle z hlediska jeho bezpe nosti sou asn

se

zahájením nouzových opat ení. Provád jí se povod ové zabezpe ovací práce podle povod ových plán a podle pot eby záchranné práce nebo evakuace.

2.1.6 Záplavová území Dle § 71 vodního zákona jsou záplavová území definována jako administrativn

ur ená území, která mohou být p i výskytu p irozené povodn

zaplavena vodou. Jejich rozsah je povinen stanovit na návrh správce vodního toku vodoprávní ú ad. Vodoprávní ú ad m že uložit správci vodního toku povinnost zpracovat a p edložit takový návrh v souladu s plány hlavních povodí a s plány oblastí povodí. Zp sob a rozsah zpracovávání návrhu a stanovování záplavových území a jejich dokumentace stanoví Ministerstvo životního prost edí vyhláškou . 236/2002 o zp sobu a rozsahu zpracování návrhu a stanovování záplavových území ze dne 24. 5. 2002. Tato vyhláška charakterizuje záplavové území jako území vymezené záplavovou árou, která odpovídá pr se nici hladiny vody se zemským povrchem p i zaplavení území. Záplavová území bývají stanovována pro pr toky s periodicitou opakování 5, 20 a 100let.

- 15 -

2.1.7 Aktivní zóna záplavového území („AZZU“) Aktivní zónou záplavového území je ve smyslu vyhlášky MŽP . 236/2002 definována jako území v zastav ném území obcí, jež p i povodni odvání rozhodující ást celkového pr toku, a tak bezprost edn ohrožuje život, zdraví a majetek lidí. AZZU se stanovují pro pr tok s periodicitou opakování 100let. AZZU má být stanoveno na základ komplexních hydraulických výpo t za použití vhodného matematického modelu. Vzhledem k zna né rozmanitosti vodních tok

a k nim p ilehlých

inunda ních území není možno popsat proud ní vody v nich jediným unifikovaným zp sobem. Podle analýzy nejb žn jších typ tok , vyskytujících se na území

R,

byly navrženy 4 typy p ístup k ešení AZZU:

1) Stanovení rozší ené AZZU podle záplavových území 20leté vody. 2) Stanovení rozší ené AZZU podle parametr proud ní. 3) Stanovení rozší ené AZZU podle rozd lení m rných pr tok . 4) Stanovení rozší ené AZZU detailní 2D studií.

K provedení výpo tu je tedy nutno p íslušný tok klasifikovat, a poté pro n j užít vhodný výpo etní p ístup, p ípadn kombinaci p ístup . P ístupy 1 – 3 jsou po ítány 1D nebo 1D+ matematickým modelem. P ístup 4 by m l být používán jen p i nezbytné nutnosti, nebo ve sporných p ípadech vyžadujících detailní popis. K výpo tu má být užito 2D modelu (Špatka et al. 2005).

2.1.8 Hydrotechnické posouzení mostních konstrukcí Kapacita mostního otvoru je definována jako nejv tší pr tok, který prote e p í ným profilem vodního toku v míst mostního otvoru p i zachování normou definované volné výšky nad hladinou ( SN 73 6201). Pokud není známa normou definovaná volná výška nad hladinou, lze hydrotechnické posouzení mostních objekt provád t na základ varia ního rozp tí vodního k ížení. Varia ní rozp tí vodního k ížení poskytuje orienta ní informaci o velikosti katastrofální povodn

v daném míst , která se m že vyskytnout

- 16 -

v kterémkoliv okamžiku existence mostního objektu. Aby bylo možné toto posouzení provézt je pot eba jednotlivé mostní konstrukce v posuzované oblasti rozd lit do p íslušných kategorií stanovených SN. Ta mostní konstrukce d lí do 4 kategorií:

1) Trvalé mostní objekty s požadavkem trvalé pr jezdnosti. Do této kategorie se adí mosty na dálnicích, rychlostních silnicích, mosty pro silnice I. – III. t ídy, všechny železni ní mosty, mosty pro trolejbusy, tramvaje a metra. 2) Trvalé mostní objekty s možností krátkodobého p erušení provozu do 5-ti dn . Sem se adí silnice I. - III. t ídy s velkou intenzitou provozu, které lze nahradit objíž kami po silnicích II. a III. t ídy. 3) Trvalé mostní objekty na silnicích a místních komunikacích neza azené do 1. nebo 2. Kategorie. Pat í sem také dlouhodobé zatímní mostní objekty s návrhovou životností delší než 5 let. 4) Krátkodobé zatímní mostní objekty s návrhovou životností do 5 let.

Pro pot eby hydrotechnického posouzení je nadále nutné stanovit varia ní rozp tí vodního k ížení, to je normou definováno jako:

Vr = Q100/Q1

(rov. 1)

kde Q100 je stoletý maximální pr tok, Q1 je jednoletý maximální pr tok. Na základ uvedených v

známé hodnoty varia ního rozp tí vodního k ížení lze z tabulek SN 73 6201 ur it, jaká je minimální volná výška nad návrhovou

hladinou ( SN 73 6201).

- 17 -

2.2 Matematické modelování K p edpovídání a detailnímu popisu pr chodu povod ové vlny korytem ek se v sou asnosti používá r zných matematických model (Valentová 2006). Model je zjednodušená reprezentace ásti p írodního, nebo lov kem formovaného sv ta, která m že reprodukovat n které z jeho charakteristik (Dooge 1986). Matematický model p edstavuje kvantitativní p evedení pozorovaných vstup na hledané výstupy prost ednictvím soustavy rovnic (Clarke, 1973). Do roku 1950 bylo matematické modelování v hydrologii a hydraulice vázáno p edevším na teoretickou rovinu. A to zejména kv li tomu, že byla snaha ešit parciální diferenciální rovnice, jimiž jsou poprány hydrologické a hydraulické d je, analytickým zp sobem. Po roce 1950 se ale za íná objevovat nový v dní obor a to sice hydroinformatika, která má za úkol podporovat p edevším využití metod numerické matematiky (Abbott 1991). Další výrazný pokrok v rozvoji matematického modelování p ichází s rozvojem výpo etní techniky a informa ních technologií (Jení ek 2005). V sou asné dob jsou hydrologické a hydraulické modely hojn využívány. Jejich p edností je syntetický popis daného hydrologického i hydraulického jevu, jehož zkoumání by bylo v praxi zna n obtížné, ne-li nemožné. Dostáváme tak do rukou informace o chování p edpokládaného srážko-odtokového, hydrologického, i hydraulického procesu (Da helka 2003).

Rozd lení model : V principu lze matematické modely využívané v hydrologii a hydraulice rozd lit na modely srážko- odtokové (hydrologické) a modely hydraulické.

2.2.1 Srážko-odtokové modely Srážko-odtokové modely popisují reakci daného povodí na srážkovou událost, nebo souhrn událostí. Tato reakce bývá nej ast ji reprezentována ve form odtoku z povodí. Díky tomu bývají jejich výsledky používány jako vstupy do hydraulických model (Knebl 2005).

- 18 -

Existuje velké množství matematických hydrologických model , které umí spolehliv a relativn p esn odvozovat velikosti N-letých pr tok . Tyto modely bývají založeny na základních fyzikálních principech (Bardossy 2007).

Obr. . 1: Rozd lení hydrologických model (Zdroj: Becker, Serban 1990).

První kategorií jsou modely deterministické a druhou kategorií jsou modely stochastické. Deterministické modely jsou definovány jako hydrologické modely, které transformují vstupy na výstupy pomocí fyzikálních vztah . Podle p esnosti popisu jednotlivých fyzikálních d j d líme tyto modely na modely založené na fyzikálních zákonech, koncep ní modely a black-box modely. Stochastické modely oproti tomu nejsou založeny na žádném fyzikálním propojení mezi vstupy a výstupy (Becker, Serban 1990). V sou asné dob existuje velké množství srážko-odtokových model , které se od sebe liší podstatou popisu sledované události. Jedno mají všechny tyto modely ale spole né, je v nich zakotvena jistá míra stochasticity, kterou zde vnáší déš a jeho rozložení ve zkoumané oblasti. Odstran ní této stochasticity je velmi obtížné a tvo í hlavní p ekážku ve zp esn ní t chto model (Da helka 2003). Nej ast ji používané srážko-odtokové modely v R jsou: DesQ-MaxQ, HECHMS, MIKE SHE, HYDROG 9.0, SAC-SMA (Jení ek 2005).

- 19 -

2.2.2 Hydraulické modely Hydraulické modely popisují pohyb vody v koryt

eky, kanále nebo v

potrubí. Základními vstupními parametry hydraulických model jsou topografická data a drsnosti koryta (Jení ek, 2005). Podstatou hydraulických model jsou reálné fyzikální zákony, jako jsou zákony zachování hmoty, energie a hybnosti. Popis je poté realizován na základ

parciálních diferenciálních rovnic. Popis pomocí

parciálních diferenciálních rovnic pomáhá v t chto modelech potla it stochasticitu až na minimum. Vstupem do modelu pak bývají krom topografických a hydraulických dat také po áte ní a okrajové podmínky (Brunner 2010). P ímá ešení parciálních diferenciálních rovnic tj. analytická ešení, bývají asto velmi obtížná, proto se pro

ešení parciálních diferenciálních rovnic

v hydraulice používá p evážn dvou numerických metod, a to metody kone ných prvk a metody kone ných diferencí (Valentová 2001).

Metoda kone ných diferencí Tato metoda bývá také nazývána metodou sítí. Jedná se o jednu z nejstarších používaných numerických metod. Základní myšlenkou této metody je nahrazení parciálních derivací algebraickými výrazy, které vyjad ují podíl kone ných diferencí závisle a nezávisle prom nných. P i tomto postupu je nad modelovanou oblastí rozprost ena pravoúhlá výpo etní sí . Parciální derivace je poté v síti nahrazena diferencemi. Velikost diferencí je rovna vzdálenosti dvou sousedních uzl výpo etní sít . Takto je úloha p evedena na soustavu zovnic, která je následovn

ešena

p ímými (Gaussova eliminace) nebo nep ímými (itera ními) metodami. Volbou velikosti diferencí (hustotou sít ) m žeme ovliv ovat p esnost výpo tu. Avšak p i zmenšování velikosti diferencí se zv tšuje výpo etní náro nost celé úlohy ( íha 1997, Vitásek 1987).

Metoda kone ných prvk Je mladší metodou než metoda kone ných diferencí. Liší se ale p edevším celým p ístupem k popisu úlohy. Tato metoda také využívá rozprost ení výpo etní sít nad ešenou oblastí, ale jelikož se funk ní hodnoty nepo ítají v uzlech této sít , ale jsou platné pro celé oko sít , odpadá tak nutnost ortogonalizace sít . Sít tak mohou tvo it r zné geometrické obrazce. Vypo tené funk ní hodnoty jsou pak platné

- 20 -

pro celý element sít . Výhodou je možnost tuto sí lokáln libovoln zahuš ovat. A tím lépe popsat vytipovaná kritická místa. Další výhodou je možnost zadávání odlišných fyzikálních vlastností pro jednotlivá oka sít , které je možno b hem výpo tu m nit na základ

získaných mezivýsledk . Výsledkem pak je matice

soustavy lineárních rovnic. Hlavní nevýhodou jsou složité algoritmizace p i popisování úloh, zejména p i popisu element , z nichž je sí

složena.

Další

nevýhodou mohou být problémy s divergencí p i po ítání n kterých úloh (Vitásek 1987, íha 1997). Podle míry zjednodušení výchozích pohybových rovnic lze hydraulické modely d lit na 1D, 2D a 3D modely. Každý model má také jinou formu vyjád ení informace o rychlosti, sm ru proudu a o výšce hladiny. P i emž 1D model p edpovídá hloubku a st ední svislicovou rychlost v celém profilu. 2D model p edpovídá rychlost toku ve sm rech os (x, y) a výšku hladiny v každém bod rozprost ené výpo etní sít . 3D model p edpovídá rychlost toku ve sm rech os (x, y, z) a výšku hladiny v každém výpo etním bod . Obecn také platí, že se minimální nároky na vstupní data zvyšují se složitostí hydraulického modelu (Bernard et al. 2007, Jowett 2012).

2.2.3 1D model 1D matematické modely se používají k výpo t m výšky hladin v p í ných profilech p i r zných povod ových scéná ích. Koryto toku je zde schematizováno vhodn

rozmíst nými p í nými profily, ve kterých se po ítá hloubka a st ední

svislicová rychlost. P í nými profily je tok rozd len na uniformní úseky. 1D modely lze po ítat ustálené i neustálené proud ní (Balvín et al. 2009).

1D model ustáleného režimu proud ní lze vyjád it následující soustavou rovnic [2]: 0,

(rov. 2a)

(h ) 2

gh

h 0

,

(rov. 2b)

,

(rov. 2c)

- 21 -

kde h [m] je hloubka vody, A (h) [m2] pr to ná plocha ur ená hloubkou vody h, g [m.s-2] je gravita ní zrychlení, JE je sklon áry energie, J0 je sklon dna, Q je pr tok [m3.s-1],

[m.s-1] je st ední svislicová rychlost a x [m] je vzdálenost s osou x.

Pro stanovení st ední svislicové rychlosti je použito Chézyho vztahu: , 1 n

1 6

,

(rov. 4)

Za p edpokladu že R 2

(rov. 3)

h lze vyjád it sklon áry energie jako:

4

n2h 3 ,

(rov. 5)

kde R [m] je hydraulický polom r, n je Manning v sou initel drsnosti a h [m] je hloubka (Dvo ák 2011).

Vstupní data pot ebná pro sestavení 1D modelu jsou: 1) Zam ené p í né profily, ty musí být umíst ny tak, aby mezi profily bylo možno p edpokládat lineární pr b h koryta. 2) Návrhový pr tok pro ustálené proud ní nebo návrhový hydrogram pro neustálené proud ní, ty slouží jako horní okrajová podmínka. 3) Dolní okrajová podmínka (kritická hloubka, Q-H k ivka, výška hladiny, …). 4) Drsnosti koryta, p ípadn jejich rozložení v profilu.

Výhoda 1D model

spo ívá v jejich jednoduchosti a relativn

snadné

dostupnosti dat. Také výpo etní nároky jsou pom rn malé a výpo et je tedy rychlý. Oblast využití je však omezena na p ípady kdy p evažuje jednorozm rný charakter proud ní. To jsou p ípady koryta ek s p ilehlým inunda ním územím, které mají pravidelný, ne p íliš lenitý tvar. Nachází-li se v inundaci p ekážky, které musí být obtékané, není už volba 1D modelu tím nejvhodn jším (Valentová 2006, Brunner 2010).

asto používanými zástupci jsou: HEC-RAS, MIKE 11, HYDROCHECK

(Balvín et al. 2009).

- 22 -

2.2.4 2D model 2D matematické modely se používají tam, kde má 1D model nedostate né vypovídací schopnosti. To je nap íklad v p ípadech, kde je pot eba popsat sm r proud ní podrobn ji, tj. v místech za p ekážkami, v plavebních komorách, p i posouzení vlivu p ekážek na zm nu proudového pole a podobn (Valentová 2006, Balvín et al. 2009). Hydraulické charakteristiky se zde nepo ítají v jednotlivých profilech, ale je pot eba nad modelovanou oblastí rozprost ít dvourozm rnou výpo etní sí . Hydraulické charakteristiky jsou zde po ítány v každém elementu sít . Elementem jsou bu

uzly sít , nebo oka sít . Matematická schematizace vede na soustavu

parciálních diferenciálních rovnic. Tyto rovnice jsou analyticky ne ešitelné. Pro numerické ešení soustavy parciálních diferenciálních rovnic bývá použito metody kone ných diferencí, nebo metody kone ných objem . Geometrie toku zde není zadávána jednotlivými p í nými profily ale celým digitálním modelem terénu sledované oblasti.

2D model ustáleného režimu proud ní lze vyjád it následující soustavou rovnic [6] : (

)

(

2

)

0,

(rov. 6a)

1 2 gh 2 2

1 2 gh 2

gh

b

1

h

h

gh

b

1

h

h

0 , (rov. 6b)

0 , (rov. 6c)

kde U, V [m.s-1] jsou složky vektoru svislicové rychlosti, h [m] je hloubka vody, g [m.s-2] je gravita ní zrychlení, jsou nap tí zp sobená turbulencí, bx,

[kg.m-3] je hustota kapaliny, by,

xx,

xy,

yy,

jsou smyková nap tí na dn koryta ve

sm ru os x a y a zb je kvóta dna (Dvo ák 2011). Vstupní data pot ebná pro sestavení 2D modelu jsou: 1) Digitální model terénu, p ípadn bodové pole, z n hož je možné digitální model terénu p ipravit. 2) Návrhový pr tok pro ustálené proud ní nebo návrhový hydrogram pro neustálené proud ní. - 23 -

3) Horní a dolní okrajové podmínky (kritická hloubka, Q-H k ivka, výška hladiny, …). 4) Drsnosti koryta, p ípadn jejich rozložení v profilu, drsnosti inunda ního území.

P edností 2D modelu je to, že výsledkem je mimo informaci o výšce hladiny i charakter proudového pole. Proudové pole dává informaci o velikosti a sm ru proud ní v celé modelované oblasti. Nevýhodou je ale zna ná výpo etní náro nost úlohy. Mimo to jsou kladeny i v tší nároky na vstupní topografická data, kterými je zde digitální model terénu. Proto bývají 2D modely používány p edevším pro detailní popis konkrétních objekt

i situací, než pro schematizaci celé í ní sít .

asto používanými zástupci v R jsou: FAST2D, MIKE 21C, FLUVIUS - 2D (Balvín et al. 2009).

2.2.5 3D model 3D matematické modely se používají pro zjišt ní prostorového proud ní. Používají se pro posouzení, zda je, i není p ekro ena vymílací rychlost u pat koryta, mostních pilí . Nebo nedojde-li k podemílání staveb, na vodních tocích. Vstupní parametry jsou shodné s 2D modely. Rozdílem je hlavn po ítání ve výpo etní síti, která je zde trojrozm rná. 3D modely v sob obsahují i model turbulence. Díky tomu velmi detailn popsat turbulentní proud ní. Numericky bývají 3D modely ešeny metodou kone ných objem . Nevýhodou je ovšem obrovská výpo etní náro nost, která je velkou p ekážkou (Balvín et al. 2009). Používaným zástupcem v R je nap íklad FLUENT od firmy ANSYS.

- 24 -

2.3 Charakteristika modelu HEC-RAS HEC-RAS (Hydrologic Engineering Center - River Analysis System). Je matematický model vyvinutý Ministerstvem obrany v USA. Pat í do rodiny systémových produkt

Hydrologic Engineering Center US Army Corps of

Engineers. Jeho hlavní úlohou je analýza í ních sítí. Vývoj tohoto modelu byl zahájen v 70. letech 20. pod názvem HEC 2. V roce 1995 došlo k obm n konceptu HEC 2 a nový koncept byl nazván HEC-RAS. Hlavním využitím této aplikace je stanovení stavu hladiny p i konkrétních pr tocích v koryt a s tím spojené stanovení záplavového

území.

Základními

funkcemi

programu

je

výpo et

jednodimenzionálního ustáleného proud ní, neustáleného proud ní, sediment transportu a analýza kvality vody (Warner 2010).

Model vychází se soustavy rovnic Saint Venanta [7]: 0,

(rov. 7a) h

0,

0

(rov. 7b)

kde A [m2] pr to ná plocha, g [m.s-2] je gravita ní zrychlení, JE je sklon áry energie, J0 je sklon dna, Q je pr tok [m3.s-1], U [m.s-1] (U=Q/A)je st ední pr ezová rychlost, x [m] je vzdálenost s osou x a t [s] je as (Valentová 2006).

2.3.1 Matematická podstata modelu HEC-RAS Výpo et ustáleného proud ní v programu HEC-RAS je realizován metodou po úsecích, kdy program po ítá jednodimenzionální rovnici energie vždy pro úsek, který vymezuje dvojice sousedních profil . V každém z t chto profil je proveden výpo et rychlosti a výšky hladiny dle rovnice [8]: 2

2

a2 2 2g

2 1

1

a1 1 2g

2

h ,

(rov. 8)

kde Z1 a Z2 jsou výšky dna v profilech, Y1 a Y2 hloubky vody v profilech, V1 a V2 pr m rné rychlosti (pr tok/pr to ná plocha), a1 a a2 rychlostní koeficienty, g gravita ní zrychlení a he energetická ztráta.

- 25 -

Obr. . 2: Schéma metody po úsecích (Zdroj: Brunner 2010).

Energetická ztráta je zde definována dle rovnice [9]: h

S

a2 2 2g

2

2

a1 1 , 2g

(rov. 9)

kde L je parametr vzdálenosti, C je koeficient ztrát zp sobených rozší ením, nebo zúžením, S vyjad uje drsnost mezi profily (Brunner 2010). Neustálené proud ní je v programu HEC-RAS

ešeno jednorozm rnou

variantou metody sítí za použití Preissmanova diferen ního schématu (Valentová 2006).

2.3.2 Stanovení vstupních parametr pro model HEC-RAS Model vyžaduje jako jeden ze vstup

návrhové pr toky QN, které jsou

výstupem z hydrologických model . Dalšími pot ebnými vstupy jsou p í né profily s vyzna ením b ehových linií, koeficient drsnosti (Manningovo n) a koeficienty zm ny tvaru koryta (Knebl 2005).

Stanovení návrhových pr tok QN Maximální N-letý pr tok je výraznou hydrologickou charakteristikou, která slouží p edevším k návrhu vodohospodá ských opat ení (Soukup, Hrádek 1999). Maximální N-letý pr tok je nejv tší pr tok vody protékající pr to ným profilem dosažený v dlouhodobém pr m ru jednou za N let. Ozna uje se QN, kde N je doba opakování tohoto pr toku. QN se stanovuje pro 1, 2, 5, 10, 20, 50 a 100 let. Hodnota - 26 -

QN se udává v [m3.s-1]. K zjišt ní N-letých pr tok se asto používají nep ímé metody odvození. T mito metodami jsou nap íklad empirické vzorce, metoda ísel odtokových k ivek (CN), nebo hydrologické modely (Hrádek, Ku ík 2002).

Stanovení p í ných profil P í né profily bývají asto zam ovány klasickými geodetickými metodami. Jedná se o nejp esn jší metody zam ení povrchu terénu. P esnost geodetických stanovení bývá v ádu centimetr . Nevýhodou geodetického stanovení je ovšem velká asová i finan ní náro nost, které se projeví p edevším p i projektech velkého rozsahu (Drbal et al. 2009, Roub et al. 2012). Další možností sb ru geodetických dat je metoda leteckého laserového skenování. Tato metoda je pom rn mladá. Toto zam ení provádí zem m i ský

a

katastrální

ve

spolupráci

s Ministerstvem

eský ú ad zem d lství

a Ministerstvem obrany R. Podstatou metody je snímání povrchu terénu laserovým paprskem z letícího letadla, které má p esn

ur enou polohu pomocí GPS.

Výsledkem tohoto skenování je bodová vrstva, ve které má každý bod p esn definované polohopisné a výškopisné sou adnice. Z této bodové vrstvy je pak možno v p íslušných softwarech vytvo it digitální modely terénu. Ze kterých budou p í né profily následn extrahovány. Výhodou této metody je relativn cenov dostupné zam ení velkého území. Nevýhodou je, že laserový paprsek neproniká pod vodní hladinu, což je p i zam ení samotného koryta toku zna ným problémem. Koryto tak musí být domodelováno. Dalším omezením použití t chto dat je chybová odchylka, která v dnešní dob

iní nejmén 18 cm oproti skute nému stavu. Tato odchylka iní

problémy p edevším p i zam ování malých tok . Zam ení samotného koryta toku pomocí leteckého laserového skenování má tedy svá úskalí, nicmén nic nebrání jejímu využití p i zam ení inunda ního území. V praxi je pak vhodné spojení leteckého laserového skenování pro popis inundací a klasického geodetického zam ení samotného koryta toku (Roub et al. 2012).

Stanovení drsnosti Pod pojmem stanovení drsnosti jsou uvažovány hydraulické odpory v koryt toku. Po samotné geometrii koryta jsou hydraulické odpory nejvýznamn jším faktorem ovliv ující výšku hladiny v koryt (Pappenberger et al. 2004). Tyto odpory bývají nej ast ji tvo eny materiálem dna a svah , tvarem pr to ného profilu, - 27 -

pr tokem, výskytem vegetace, dnovými útvary nebo také r znými výmoly a nánosy. Pro souhrnné stanovení t chto odpor lze využít více p ístup : Darcy-Weisbach v, který drsnost vyjad uje jako sou initel ztráty t ením [-]: 8g

,

2

(rov. 10)

Chézyho, který drsnost vyjad uje rychlostním sou initelem C [m1/2.s-1]: ,

(rov. 11)

Manning v, který drsnost vyjad uje sou initelem drsnosti n [s.m-1/3]: n

1

2 3

1 2

,

(rov. 12)

kde R [m] je hydraulický polom r, I [-] je sklon áry energie, v [m.s-1] je rychlost a g [m.s-2] je gravita ní zrychlení. Pro získání uvedených koeficient lez využít: katalogy drsností, empirické vzorce, tabulky nebo m ení v laborato i (Smelík et al. 2013). V praxi bývá používán nej ast ji Manning v sou initel drsnosti. Ten je ur ován z tabulek, nebo katalog drsností. Jeho ur ení je však obtížné a vyžaduje jistý cit a zkušenost. Odhady podle r zných zkušených ur ovatel

se mohou lišit i o desítky %. Proto je nutné s

nejistotou p i ur ení drsnostního sou initele po ítat. Testy p i nichž byl testován vliv zm ny drsnostního sou initele a výšku hladiny ukázal, že zm na drsnostního sou initele o 10 % vyvolala zm nu hladiny v rozsahu 5 % (Havlík 2013).

- 28 -

3. Metodika Pro sestavení hydraulického modelu je nutné mít k dispozici topografická a hydrologická data toku, jehož model chceme sestavit. Hydraulický model bude sestaven pro koryto toku Svodnice v zastav ném území obce Blatni ka. Jedná se o úsek toku od í ního kilometru 13,661 do kilometru 14,998. Nadále je nutné znát rozm ry a umíst ní objekt na modelovaném toku. Pro sestavení modelu je d ležitá také rekognoskace modelované oblasti. Na základ které bude potom odvozována drsnost koryta. V neposlední ad je také nutno pracovat s mapovými podklady, které nám umožní popsat a následn i prezentovat zjišt né parametry.

3.1 Topografická data Geometrická charakterizace koryta toku byla p evzata od správce toku Lesy eské republiky, s. p., oblastní správa tok Vsetín, pracovišt Luha ovice. Data byla p evzata ve formátu *.dxf a v exportovaném formátu *.pdf. Tato data byla po ízena p i plánované úprav koryta toku z roku 2010. Jednalo o podélný profil toku a o p í né profily. Z podélného profilu bylo možné zjistit stani ení jednotlivých p í ných profil . Nadmo ské výšky dna toku, nadmo ské výšky levého a pravého b ehu a vzdálenost mezi jednotlivými p í nými profily. Dále bylo možné zjistit druh materiálu použitého k opevn ní koryta. Ze soubor p í ných profil bylo možno zjistit geometrii p íslušného profilu. Celkov se jednalo o 56 p í ných profil . Pro názvy jednotlivých profil bylo využito vždy jejich stani ení v rámci podélného profilu. P íklad geometrického popisu p í ného profilu je uveden na obrázku . 3.

Obr. . 3: P í ný profil (Zdroj: Lesy R).

- 29 -

P evzatá data neobsahovala p í né ezy objekt nacházejících se na toku. V podélném profilu byla uvedena pouze informace o stani ení. Pro každý objekt tak bylo uvedeno stani ení povodní strany objektu, stani ení st edu objektu a stani ení návodní strany objektu. Ke každému stani ení byla pak uvedena nadmo ská výška dna. Z tohoto d vodu bylo nutné provést vlastní zam ení objekt . Jedná se o 3 silni ní mostní konstrukce a 4 pevné lávky pro p ší.

Stani ení mostních konstrukcí je: 13,661, 13, 887 a 14,178. Stani ení lávek pro p ší je: 13,839, 14, 015, 14,333 a 14,521.

Jednalo se o jednoduché mostní konstrukce, u kterých se nevyskytoval žádný podp rný pilí , který by rozd loval pr to nou plochu na více

ástí. Mostní

konstrukce byly složeny z mostovky a bo ních podp rných patek (st n), které byly ukotveny v b ehu koryta, a áste n zasahovali do pr to ného profilu toku Svodnice. P i vlastním zam ení bylo pot eba ur it p edevším pr to nou plochu objektu a její umíst ní vzhledem k ose koryta. Proto byla zjiš ována sv tlá výška mostu, vzdálenost mostních patek (st n) od osy koryta a výška mostovky. Byla také p ekontrolována ší ka mostovky. Zam ena byla vždy povodní i návodní strana objektu.

3.1.1 Postup zam ení objekt Jelikož bylo koryto upraveno do lichob žníkového tvaru, byla za osu toku zvolena polovina ší ky dna tohoto lichob žníku. Tato volba korespondovala se zam ením profil získaných od správce toku. Do takto definované osy toku byla z mostní konstrukce spušt na olovnice, která tak reprezentovala svislou rovinu. Vzdálenost olovnice od dna ke spodní hran mostní desky ur ovala sv tlou výšku mostu. Vzdálenost spodní a horní hrany mostní desky ur uje tlouš ku mostní desky. Vzdálenost levé a pravé mostní patky (st ny) od osy toku byla pak ur ována jako vodorovná vzdálenost p íslušné patky (st ny) od svislé roviny (olovnice). U lávky v í ním kilometru 14,521 (obr.

. 15) bylo zam ení mostní

konstrukce ztíženo náklonem mostní desky, která nebyla vodorovná. Tento problém - 30 -

byl vy ešen tak, že na nižší stran mostní desky bylo upevn no napínací lanko, které bylo nataženo k vyšší stran mostu a umíst n do vodorovné roviny. Toto tak lanko symbolizovalo vodorovnou rovinu. Nadmo ská výška nižší strany mostu byla pak ode tena p ímo v ose toku (na olovnici). Jako vzdálenost dna a pr se íku olovnice (svislé roviny) a napjatého lanka (vodorovné roviny). Nadmo ská výška vyšší strany mostu pak byla ur ena jako sou et hodnoty ur ené na olovnici a p evýšení nad vodorovnou rovinou. Všechny vzdálenosti byly m eny ocelovým pásmem o délce 5 m. Schéma zam ení mostní konstrukce je uvedeno na obrázku . 4.

Obr. . 4: Schéma postupu zam ení objekt (Zdroj: autor.

Jednotlivé nam ené vzdálenosti jsou uvedeny u p íslušných objekt v kapitole 4.7.

3.2 Hydrologická data Hydrologická data pro sestavení modelu byla ur ena HMU Brno na základ písemné objednávky. Jednací íslo objednávky je P12007030/561 ze dne 28. 11. 2012. Platnost takto stanovených dat je 5 let ( HMU Brno, I. 2013 in litt.). Jednalo se o návrhové pr toky QN pro doby opakování 1, 2, 5, 10, 20, 50 a 100 let. Data byla poptána pro kamennou p ehrážku v í ním kilometru 14,998. Tato p ehrážka leží t sn nad obcí Blatni ka. A pro silni ní most I. t ídy . 54 v í ním kilometru 13,661. Který se nachází pod obcí Blatni ka. Spolu s N- letými pr toky byly od HMU Brno obdrženy také informace o pr m rných ro ních pr tocích a pr m rná výška ro ních srážek za období 1931 - 1980. Informace o M-denních pr tocích byla p evzata z povod ového plánu obce Blatni ka (Surgeo 2004).

- 31 -

3.3 Terénní pr zkum Terénní pr zkum prob hl dne 3. 1. 2013. Cílem terénního pr zkumu bylo zjistit, zda geometrická podoba koryta toku Svodnice získaná od správce toku odpovídá reálné situaci. P i tomto pr zkumu byla zjišt na jediná odlišnost. Bylo zjišt no, že nad lávkou v í ním kilometru 14,521 došlo k navýšení pravé b ehové hrany. Situace je zachycena na obrázku . 5.

Obr. . 5: Fotografie navýšení pravé strany koryta v místech nad lávkou v í ním kilometru 14,521 (Zdroj: autor.

Dále bylo p i terénním pr zkumu usouzeno, že rozsah zam ení p í ných profil

se stani ením 13,675 – 13,79 bude nedostate ný a bude tedy pot eba

minimáln tyto 4 profily rozší it. P i terénním pr zkumu byla také po ízena fotodokumentace stávajícího stavu a opevn ní koryta. Na základ t chto fotografií a terénního pr zkumu byly posléze ur ovány drsnosti koryta.

- 32 -

3.4 Stanovení drsnosti koryta Drsnost koryta toku byla stanovena na základ fotografií po ízených p i terénním pr zkumu. P i tom bylo zjišt no, že pro opevn ní koryta bylo použito dvou r zných materiál opevn ní. Prvním materiálem byla kamenná rovnanina na sucho, druhým materiálem pak kamenná dlažba na cementovou maltu. Tato zjišt ní op t korespondovala s údaji v podélném profilu. Z podélného profilu pak bylo zjišt no, jaké opevn ní je použito v jednotlivých profilech. Mezi profily 13,661 – 14,09 bylo pro opevn ní koryta použito kamenné rovnaniny na sucho. Mezi profily 14,11 – 14,23 kamenné dlažby na cementovou maltu. Mezi profily 14,252 – 14,998 bylo koryto op t opevn no kamennou rovnaninou na sucho. Inunda ní území za b ehovými hranami bylo v celé délce toku opevn no nízkým trávníkem. Drsnost obou materiál , opevn ní koryta i inunda ního prostoru, byla vyjád ena jako Manning v sou initel drsnosti n. Konkrétní hodnoty Manningova sou initele drsnosti byly zvoleny na základ tabulek a katalog drsností. Tabulky drsností jsou uvedeny v pracovním manuálu k programu HEC-RAS (Brunner 2010). Katalog drsností pro toky eské republiky je p ístupný on-line (Smelík et al. 2013).

3.5 Rozší ení p í ných profil Pro rozší ení profil

nebylo možno použít p í ných profil , které byly

poskytnuty správcem toku. Tyto profily nebyly v terénu již nijak zazna eny. Aby bylo možné profily rozší it bylo nutné sestavit 3D model terénu (TIN model). Tento model byl sestaven v programu ArcGIS od formy ESRI. Pro sestavení TIN modelu bylo použito vrstevnic a dodate n

zam ených zp es ujících bod . Dodate né

zam ení bod bylo použito p edevším v levé spodní ásti nad mostem p es silnici I. t ídy . 54. Silni ní násep zde lokáln zvyšuje nadmo skou výšku terénu. Toto lokální zvýšení terénu není možno vystihnout 3D modelem terénu sestaveným pouze z vrstevnic. Povodn v roce 2009 ukázaly, že práv tento silni ní násep zabra oval odtoku vody a umožnil tak vytvo ení jakéhosi “bazénu”, a proto bylo nutné tento násep dostate n dob e popsat.

- 33 -

Za zp es ující body byly zvoleny snadno identifikovatelné terénní body, jejichž polohopisné sou adnice bylo možno ur it z ortofotomap. Nutné však bylo t mto bod m ur it nadmo skou výšku. Nadmo ská výška t chto bod byla ur ena metodou geometrické nivelace ze st edu. Nadmo ské výšky byly ur ovány v systému Balt po vyrovnání (BPV) (Chamout, Skála 2008). Jako výchozího bodu bylo využito pevného nivela ního bodu umíst ného na levé spodní st n mostu 13,661. Informace o tomto výškopisném bodu lze dohledat na http://geoportal.cuzk.cz/geoprohlizec. Jednalo se o bod Z18b2-10.0.1. Tento bod je sou ástí nivela ního po adu Z18b2 Blatnice pod Sv. Ant - Strání. Nadmo ská výška tohoto bodu je 256,44 m n. m.. Sou adnice tohoto výškopisného bodu jsou: -534606, -1196277. Celkem bylo zam eno 10 pomocných zp es ujících bod . Na základ vrstevnic a zp es ujících bod byl pak vytvo en TIN model terénu. Poté byly stávající profily p evedeny z programu HEC-RAS do programu ArcGIS, kde byly profily na základ TIN modelu rozší eny. Toto rozší ení pak bylo zp tn zaneseno do programu HEC-RAS.

3.6 Použité mapové podklady Mapy v digitální podob Tyto mapy byly používány jako podkladové mapy do programu HEC-RAS. Nadále byly využity p i práci a prezentaci výsledk v programu ArcGIS.

Státní mapové dílo 1:5 000 v rastrové podob , jehož vybrané klady, byly poskytnuty eským ú adem zem m i ským a katastrálním. Tato mapa byla použita jako podkladová mapa pro následné zpracování v programu ArcGIS.

Hydrologická mapa 1 : 50 000 (klad 35 11) v rastrové podob byla p evzata ze serveru: http://heis.vuv.cz.

Mapa hydrologického

len ní ve vektorové podob

byla p evzata ze serveru:

http://www.dibavod.cz/index.php?id=27&PHPSESSID=de92906fb74156660dd3705 772b5c8b3

- 34 -

Geologická mapa 1 : 500 000, p dní mapa 1:1000 000, hydrogeologické rajony GS 1 : 1000 000, ve vektorové podob byly p evzaty ze serveru: http://www.geology.cz

Mapa správního len ní R a mapa chrán ných území R ve vektorové podob byly p evzaty ze serveru http://geoportal.gov.cz.

Ortofotomapa byla p evzata ze serveru: http://geoportal.cuzk.cz/WMS_ORTOFOTO_PUB/WMService.aspx

Základní mapa R byla p evzata ze serveru: http://geoportal.cuzk.cz/WMS_ZM10_PUB/WMService.aspx

Mapy v tišt né podob V tišt né podob byly použity mapy z Atlasu podnebí eska (Tolasz et al. 2007). Z atlasu podnebí

eska byly použity mapy pr m rné ro ní teploty, mapa

pr m rné relativní ro ní vlhkosti vzduchu a mapa klimatické oblasti.

- 35 -

4. Charakteristika toku a povodí Popisovaná lokalita se nachází na jihovýchod

eské republiky v podh í

Bílých Karpat poblíž Slovenských hranic. Z hlediska správního

len ní leží na

rozhraní mezi Jihomoravským a Zlínským krajem. Dle d ív jšího správního len ní to je na rozhraní okres Hodonín a Uherské hradišt .

Obr. . 6: Mapa R s vyzna ením zájmového území (Zdroj: autor).

4.1 Povodí toku Svodnice ID toku: 409241100100 Plocha povodí: 45,16 km2 Délka toku: 19,659 km

Svodnice je vodním tokem 3. ádu. Je levostranným p ítokem eky Moravy, do které se vlévá mezi m sty Veselí nad Moravou a Uherský Ostroh. Celé povodí svodnice je rozd leno na 3 povodí 4. ádu. Povodí íslo 4-13-02-015 zahrnuje oblast od vtoku Svodnice do eky Moravy po soutok eky svodnice s Bozatínským potokem. Soutok s Bozatínským potokem se nachází mezi obcemi Blatnice pod Sv. Ant. a Blatni ka. Rozloha této ásti je 17,53 km2. V této ásti protéká Svodnice jediným zastav ným územím a to již zmi ovanou obcí Blatnice pod Sv. Ant.. Povodí íslo 4-13-02-014 je povodím Bozatínského potoka. Ten je levostranným p ítokem Svodnice. Rozloha této ásti je 10,93 km2. V této ásti není žádné zastav né území. Poslední ástí je povodí íslo 4-13-02-013. Toto povodí zahrnuje vodní tok Svodnici

- 36 -

od soutoku s Bozatínským potokem po pramen Svodnice. Rozloha této ásti je 16,7 km2. V této ásti se nachází zastav né území obce Blatni ka a závlahová nádrž. ást toku spravuje ZVHS Brno, Oblast povodí Moravy, pracovišt Hodonín a druhou ást spravují Lesy pracovišt

eské republiky, s. p., oblastní správa tok Vsetín,

Luha ovice (Surgeo 2004). Rozhraní územní správy je pod obcí

Blatni ka. Pramenná ást Svodnice a ást protékající obcí Blatni ka je pod správou Les

eské republiky, ást od obce Blatni ka po vtok do eky Moravy je pod

správou ZVHS Brno (Jarmila Hrušková, starostka obce, VI. 2012, in verb.).

Obr. . 7: Povodí toku Svodnice (Zdroj: autor).

4.2 Vymezení zájmového území Zájmovým územím je ást povodí 4-13-02-013. Toto subpovodí za íná od í ního kilometru 13,661 Svodnice a obsahuje zbytek povodí 4-13-02-013. Toto území je zdrojovou plochou, která tvo í odtok z povodí. Charakter tohoto území spolu se srážkou vstupující do tohoto prostoru jsou hlavními initeli p i tvorb a transformaci povod ové vlny v koryt toku (Hrádek, Ku ík 2002). Z tohoto d vodu je pro samotnou práci vhodné uvézt detailn jší popis tohoto subpovodí. Uzavírajícím profilem pro zájmové území je most p es silnici I. t ídy . 54 v í ním kilometru 13.661. Plocha tohoto subpovodí je 9.928km2. P esné umíst ní zájmového území v rámci povodí 4-13-02-013 je uvedeno v p íloze . 1.

- 37 -

Obr. . 8: Zájmového území (Zdroj: autor).

Z hlediska územního len ní spadá zájmové území do 4 katastrálních území (k. ú.) a to obcí Blatni ka, Boršice u Blatnice, Suchov a Velká nad Veli kou. Nejv tší ást a to 50,2% povodí spadá do k. ú. Suchov. V této ásti se nachází také pramenná ást Svodnice. Krajinný pokryv zde tvo í velkou m rou trvalé travní porosty využívané k senose i nebo pastv . Celá tato oblast spadá také do CHKO Bílé Karpaty. Druhá nejv tší ást obsahující 31,9% povodí leží v k. ú. Boršice u Blatnice. Krajinný pokryv zde tvo í p evážn orná p da a vinice. ást tohoto území spadá také do CHKO Bílé Karpaty T etí nejv tší ást a to 16,9% spadá do k. ú. Blatni ka. V této ásti leží na toku Svodnice také obec Blatni ka. Krajinný pokryv této

ásti tvo í p evážn

zastav né území obce Blatni ka, dále pak orná p da a vinice. Nejmenší ást povodí spadá do katastru obce Velká nad Veli kou. Velikost území je jen 1% z celkové plochy zájmového území. Krajinný pokryv zde tvo í orná p da.

- 38 -

4.3 Zem pisná poloha a orografické pom ry v povodí Udání zem pisné polohy je d ležité pro ur ení p edb žných klimatických a meteorologických pom r (Hrádek, Ku ík 2002). Sou adnice uzavírajícího profilu je: 48°56'07.33"N, 17°31'21.66"E Vymezení povodí:

sever:

48°56'28.86"N, 17°31'35.09"E

jih:

48°53'31.33"N, 17°33'01.82"E

východ:

48°54'21.23"N, 17°35'22.65"E

západ:

48°56'09.24"N, 17°31'21.04"E

Západn od povodí se nachází poho í Bílé Karpaty, které zasahují i do povodí. Jihovýchodn asi 25 km od povodí se nachází poho í Buchlovské hory.

Orografickými pom ry jsou myšleny p edevším výškové a sklonové pom ry v povodí. Tyto pom ry mohou ovliv ovat klimatické podmínky. Výškové informace je vhodné vyjád it hypsografickou k ivkou, která udává závislost plochy povodí na nadmo ské výšce (Hrádek, Ku ík 2002).

Obr. . 9: Výškové pom ry v povodí (Zdroj: autor).

Sklon v povodí je 9.89% a byl vypo ten na základn vztahu: max

min

100

(rov. 13)

kde Hmax je maximální nadmo ská výška v povodí (567 m), Hmin je minimální výška v povodí (255,5 m), F je plocha povodí (9,928 km2). - 39 -

4.4 Klimatické pom ry v zájmovém území Klimatickou oblastí je dle Quittovy klasifikace: T2, dle Atlasu podnebí eska W2. Pr m rná ro ní teplota: 8 - 9 °C. To adí tuto oblast k nejteplejším míst m v eské Republiky. Pr m rná ro ní relativní vlhkost vzduchu je 75 – 80 %. Pr m r Slune ního zá ení je v rozmezí 3900 – 4000 MJ.m-2 (Tolasz et al. 2007). Pr m rný ro ní úhrn srážek za období 1931 – 1980 je 683 mm ( HMU Brno, I. 2013 in litt ). V zájmové oblasti se nenachází žádná klimatologická stanice. Nejbližší takovéto za ízení je ve Strážnici nebo ve Strání. Ob tyto stanice leží v okolí 17 km. Nejbližší srážkom rná stanice s dlouhou dobou pozorování je v Hluku. Hluk je vzdálen asi 5 km vzdušnou arou od zájmového území. V obci Blatni ka byla pro zem d lské ú ely v roce 2007 z ízena automatická m ící stanice (Amet 2011).

4.5 Geologické, p dní a hydrogeologické pom ry v zájmovém území Povodí spadá do Alpsko-himalájského systému. Jedná se o provincii západní karpaty a subprovincii vn jší západní karpaty. Geologickou oblastí jsou Slovenskomoravské karpaty. Povodí se d lí na 2 geologické celky, v západní ásti se jedná o Vizovickou vrchovinu, podcelek Hluckou pahorkatinu. Ve východní

ásti

o Javo inskou hornatinu, podcelek Javo inskou hornatinu. Hranice t chto dvou oblastí probíhá východn nedaleko od obce Blatni ka. Podloží

v povodí

je

tvo eno

t etihorními

sedimenty

paleogenního

a neogenního typu. Nej ast ji se zde vyskytují jílovce, pískovce a ve východní ásti se k nim p ibývají i slínovce. V zájmové oblasti se vyskytují p dy s vysokým obsahem jílových ástic. Nej ast ji je zde zastoupena ernozem ernická pelická. Dále pak pararendzina kambrická a kambizem oglejená vyluhovaná pelická. Povodí vodního toku Svodnice pat í k hydrogeologickému rajonu 3222: Flyše v povodí Moravy – jižní ást. Charakteristická je sedimenty paleogénu a k ídy Karpatské soustavy (Žmolík 2008, Fajmon et al. 2011).

- 40 -

4.6 Hydrologické pom ry : 0,0350 m3.s-1

Pr m rný ro ní pr tok

Tab. . 1: M-denní pr toky Qmd (Surgeo 2004). 3 s-1

M-denní pr toky [Qmd] v m . M Qmd

270

330

355

0,0025

0,0180

0,0090

Tab. . 2: Návrhové pr toky QN ( HMU Brno, I. 2013 in litt). N-leté pr toky [QN] v m3.s-1 N QN

1

2

3

10

20

50

100

pro profil 14,998

2,1

3,7

7,0

10,3

14,5

21,5

28,0

pro profil 13,661

1,7

3,1

5,8

8,6

12,3

18,5

24,3

4.7 í ní sí v povodí Jelikož zájmové území popisuje horní ást toku Svodnice, tak zde nelze mluvit o vyvinuté í ní síti. Samotný tok Svodnice má v této

ásti pouze 2

levostranné p ítoky. Zbytek p itékající vody je p ivád n erozními rýhami a podpovrchovým odtokem ze zdrojových ploch. Na toku Svodnice nejsou vytvo eny žádné m rné body, z kterých by bylo možno získávat informace o pr tocích, i maximálních hladinách. Jedná se o nepozorované povodí. Délka toku Svodnice v povodí je 5 995 m. Popis toku a objekt na n m bude situován ve sm ru toku od prameništ . Prameništ se nachází západn od obce Suchov v nadmo ské výšce 404 m n. m.. Krajinným pokryvem v okolí prameništ je trvalý travní porost, který je využíván k pastv . Díky velkým sklon m terénu jsou kolo prameništ viditelné terénní rýhy, které nazna ují, kudy voda do prameništ z okolní travnaté zdrojové plochy p itéká. Jedna z nejdelších takových rýh kopíruje údolnici a její délka je necelý 1 km. Na této rýze se ob as objevují malá izolovaná jezírka. Samotné prameništ je pak tvo eno v tším bahnitým jezírkem, z n hož vytéká souvislý tok. V další ásti tok prochází lesním porostem. Les je tvo en p edevším bukovým porostem. V tomto lese jsou vid t první zahloubení toku, které odkrývají až samotné

- 41 -