HYDROLOGIE EROZE. Stanovení charakteristik odtoku (průtok, objem odtoku, ) z řešeného území Tvarové a materiálové návrhové charakteristiky prvků

NÁSTROJE A MODELY

E ROZE

H YDROLOGIE

• Stanovení erozní ohroženosti • Snížení rizika ztráty půdy • Určení ohrožených lokalit • Druhotný dopad sediment v toku

5/26/2015

• Stanovení charakteristik odtoku (průtok, objem odtoku, …) z řešeného území • Tvarové a materiálové návrhové charakteristiky prvků

Ing. Petr Kavka Ph. D., Doc. Ing. Josef Krása, Ph. D.

L EGISLATIVNÍ

RÁMEC

-

EROZE

•

DOS T 3.17 − Protierozní ochrana, Váška, J., Informační centrum ČKAIT, Praha, 2000

•

ČSN 75 4500 − Protierozní ochrana zemědělské půdy, Český normalizační institut, 1996

•

Janeček M., Ochrana zemědělské půdy před erozí − metodika, např. …2007, 2012

•

Metodika „Navrhování technických protierozních opatření “ (VUMOP, ČVUT v Praze) - 2014 FAKULTA STAVEBNÍ ČVUT V PRAZE, KATEDRA HYDROMELIORACÍ A KRAJINNÉHO 5/26/2015

Ing. Petr Kavka Ph. D.

INŽENÝRSTVÍ

3

N AVRHOVÁNÍ TPEO

http://storm.fsv.cvut.cz projekty-ke-stazeni FAKULTA STAVEBNÍ ČVUT V PRAZE, KATEDRA HYDROMELIORACÍ A KRAJINNÉHO 5/26/2015


INŽENÝRSTVÍ

L EGISLATIVNÍ

RÁMEC

-

HYDROLOGIE

Vazby na vodní zákon a stavební zákon ČSN 75 2410 – Malé vodní nádrže TNV 75 2415 – Suché nádrže ČSN 736109 – Projektování polních cest ČSN 752130, ČSN 754030 – Křížení a souběhy s ČSN 754210 – Hydromeliorace, odvodňovací kanály ČSN 75 1400 Hydrologické údaje povrchových vod ……. FAKULTA STAVEBNÍ ČVUT V PRAZE, KATEDRA HYDROMELIORACÍ A KRAJINNÉHO 5/26/2015

…..


INŽENÝRSTVÍ

5

T YPY • • • • •

OPATŘENÍ NA TOKU

Rybníky a účelové nádrže Suchá nádrž Úpravy toku Mosty Zkvalitnění ekologické funkce

FAKULTA STAVEBNÍ ČVUT V PRAZE, KATEDRA HYDROMELIORACÍ A KRAJINNÉHO 5/26/2015


INŽENÝRSTVÍ

6

Ú PRAVY

NA VODNÍCH TOCÍCH

Navrhování objektů na vodních tocích a suché nádrže je doporučeno navrhovat podle normy ČSN 75 1400 Hydrologické údaje povrchových vod Pro studie a variantní řešení lze modelovat



INŽENÝRSTVÍ

7

Třída

Orientační charakteristika

Orientační hodnoty střední kvadratické chyby v % Qa

I

II

III

IV

Q30d ÷ Q300d

Q300d ÷ Q364d

Q1 ÷ Q10

Q20 ÷ Q100

Hydrologické údaje zpracované z hodnot dlouhodobě kvalitně pozorovaných přímo v daném profilu nebo v jiném velmi blízkém profilu na témže toku

8

10

20

10

15

Hydrologické údaje zpracované na základě dlouhodobých pozorování, která svojí délkou nebo kvalitou nevyhovují třídě I. Hydrologické údaje odvozené pro jiný profil na témže toku, pokud to připouští charakter odvozované veličiny, vodního toku, délka a kvalita pozorování, aj.

12

15

30

20

30

Hydrologické údaje odvozené na základě krátkodobých pozorování přímo na daném profilu nebo v těsné blízkosti na témže toku. Hydrologické údaje odvozené z pozorovaných profilů pro profil na témže toku, pokud nejsou splněny požadavky třídy II, nebo odvozené pro profil na jiném blízkém toku s obdobnými fyzickogeografickými poměry a obdobným hydrogeologickým režimem.

20

25

45

30

40

Hydrologické údaje odvozené z pozorovaných hodnot do profilu mimo požadovaný vodní tok nebo mimo jeho povodí pokud je nelze zařadit do třídy III. Charakteristiky maximálních průtoků odvozené ze srážek.

30

40

60

40

60

FAKULTA STAVEBNÍ ČVUT V PRAZE, KATEDRA HYDROMELIORACÍ A KRAJINNÉHO Ing. Petr Kavka Ph. D 5/26/2015

INŽENÝRSTVÍ

8

V

POVODÍ

V povodí (mimo tok) Součástí širšího posouzení Eroze Cestní síť ÚSES Funkční využití území Zvýšení retence krajiny



INŽENÝRSTVÍ

9

V

PLOŠE POVODÍ

Objekty mimo tok nejsou předmětem normy ČSN 75 1400 Hydrologické údaje povrchových vod

=> Nutno navrhovat a dimenzovat



INŽENÝRSTVÍ

10

N ÁVRH ….

• • • •

Umístění prvku Tvar prvku Materiál Stabilita a bezpečnost stavby a okolí

5/26/2015

• Volba typů prvků • Návrh = > variantní řešení = > model


11

T YPY

PRVKŮ V PLOŠE POVODÍ

Terénní urovnávky Příkopy Průlehy Meze Vsakovací pásy Sedimentační pásy Zatravněné údolnice Terasy

Ochranné hrázky Sanace erozních výmolů a strží Ochranné nádrže Polní cesty s protierozní funkcí



INŽENÝRSTVÍ

12

T YPY

Odvádím Průtok Odváděcí

Objem

PRVKŮ

x x

Akumuluji Objem Zasakovací (akumulační)

Transformuji i

průtok



INŽENÝRSTVÍ

13

MODEL VSTUP

PROCES

VÝSTUP

DÉŠŤ ODTOK VEGETACE MORFOLOGIE

EROZE

PŮDA



INŽENÝRSTVÍ

14

MODELY

POPIS VELIČIN

FYZIKÁLNĚ ZALOŽENÉ

KOMBINOVANÉ

EPIRICKÉ

PROSTOROVÉ DĚLENÍ

DÉLKA ČASOVÉHO

VELIKOST ŘEŠENÉHO

KROKU

ÚZEMÍ

CELISTVÉ

EPIZODNÍ

ČÁSTEČNĚ DĚLENÉ

KONTINUÁLNÍ

GEOMETRICKY DĚLENÉ

GLOBÁLNÍ

VELKÉ ÚZEMNÍ CELKY

VYUŽITÍ MODELU

PROSTOROVÉ

VÝZKUMNÝ

JEDNOROZMĚRNÝ

APLIKAČNÍ

DVOUROZMĚRNÝ

MALÁ POVODÍ

TROJROZMĚRNÝ

KONKRÉTNÍ POZEMKY



DĚLENÍ

INŽENÝRSTVÍ

15

„E ROZNÍ“

• USLE

MODELY

• Fyzikálně založené modely – Popis procesů – SMODERP – Erosion3D

5/26/2015


16

H YDROLOGICKÉ

• Vzorce intenzitního typu • SCS – CN -> objem odtoku. V kombinaci např. s jednotkovým hydrogramem i hydrogram • ….

5/26/2015

MODELY

• Fyzikálně založené modely – – – –

Popis procesů SMODERP WEPP Erosion3D

• …..


17

S OFTWARE /

• Placené – – – –

• Volně dostupné

Esri (ArcGIS) WMS Atlas CAD systémy

5/26/2015

PROSTŘEDÍ

– – – – –

Grass Qgis Map Window … …


18

D OSTUPNÉ

• • • • • • • • •

INSPIRE CENIA CORINE CUZK VUMOP UHUL VÚV AOPK ČGS 5/26/2015

ZDROJE

• Správce povodí • …SPÚ, ČVUT


19

Katedra hydromeliorací a krajinného inženýrství, FSv ČVUT v Praze V ODNÍ V ČR A MOŽNOSTI Projekt TA ČR č.EROZE TA02020647 , [email protected]

NÁPRAVY

Reálná ohroženost ZPF > 50 % plochy je ohroženo (VÚMOP, v.v.i) Odnos splavenin do toků a nádrží – 5,4 mil. tun ročně (ČVUT) Základní příčina

1954

zcelování ZPF

1984

Možnosti řešení GAEC (MZE) – vždy pouze na omezené ploše (viz grafy) a „měkká“ opatření Legislativou prosazovaná ochrana – stále chybí „protierozní vyhláška“ k zákonu č. 334/1992 Sb., o ochraně zemědělského půdního fondu Neuplatněná opatření v rámci evropských směrnic (např. Plány oblastí povodí) Pozemkové úpravy FAKULTA STAVEBNÍ ČVUT V PRAZE, KATEDRA HYDROMELIORACÍ A KRAJINNÉHO Ing. Petr Kavka Ph. D.

INŽENÝRSTVÍ

P OZEMKOVÉ

ÚPRAVY A PROTIEROZNÍ OCHRANA

Dle platných metodik – výpočet ohroženosti dle USLE Významná část projektantů má stále zaužívaný 1D přístup, nicméně ten není „objektivní“ – záleží na definici vhodného profilu. Platné metodiky již akcentují 2D GIS přístup, praxe jej využívá stále více, ale i u něj výrazně záleží na kvalitě vstupních dat a správném výběru výpočetního algoritmu.

USLE:

G = R × K × LS × C (t/ha/rok)



INŽENÝRSTVÍ

EROZNÍ OHROŽENOST

FAKULTA STAVEBNÍ ČVUT V PRAZE, KATEDRA HYDROMELIORACÍ A KRAJINNÉHO Ing. Petr Kavka Ph. D.

INŽENÝRSTVÍ



INŽENÝRSTVÍ

Projekt TA ČR č. TA02020647

Atlas EROZE moderní nástroj pro hodnocení erozního procesu

České vysoké učení technické v Praze ATLAS, spol. s r.o. VÚMOP, v. v. i.

Krása Josef, doc. Ing. Ph.D. Kavka Petr, Ing Ph.D. Bek Stanislav, Mgr. Novotný Ivan, Ing.

ATLAS

Nová verze Atlas 7 Široká funkcionalita • Kubatury • Osy cest (+ výkopy/náspy) • Optimalizace pro dmr5g • … • Eroze Kompatibilita s datovými tipy Prolad, Misys FAKULTA STAVEBNÍ ČVUT V PRAZE, KATEDRA HYDROMELIORACÍ A KRAJINNÉHO 5/26/2015


INŽENÝRSTVÍ

Katedra hydromeliorací a krajinného inženýrství, FSv ČVUT v Praze Projekt TA ČR č. TA02020647 , [email protected]

P ŮVODNÍ

VERZE MODELU

ATLAS EROZE

Platná metoda USLE výpočet ztráty půdy pro liniovou dráhu odtoku (tedy 1D přístup) dráhu odtoku možné zavést automatickým vedením polygonu směrování podle gradientu TIN reliéfu: nástroj KAPKA


INŽENÝRSTVÍ

P OZEMKOVÉ

ÚPRAVY A PROTIEROZNÍ OCHRANA

Dle platných metodik – výpočet ohroženosti dle USLE Významná část projektantů má stále zaužívaný 1D přístup, nicméně ten není „objektivní“ – záleží na definici vhodného profilu. Platné metodiky již akcentují 2D GIS přístup, praxe jej využívá stále více, ale i u něj výrazně záleží na kvalitě vstupních dat a správném výběru výpočetního algoritmu.

USLE:

G = R × K × LS × C (t/ha/rok)



INŽENÝRSTVÍ

Katedra hydromeliorací a krajinného inženýrství, FSv ČVUT v Praze Projekt TA ČR č. TA02020647 , [email protected]

PŘÍSTUPY K SMĚŘOVÁNÍ ODTOKU VE


2D

INŽENÝRSTVÍ

N OVÝ

MODEL

ATLAS EROZE –

UKÁZKA


INŽENÝRSTVÍ

N OVÝ

MODEL

ATLAS EROZE –

UKÁZKA

N OVÝ

MODEL

ATLAS EROZE –

UKÁZKA

P ŘERUŠENÍ

ODTOKU POLYGONEM

O BLAST

BEZ EROZE

V YUŽITÍ

DOSTUPNÝCH DATOVÝCH VRSTEV Import ve formátu *.shp • Hranice pozemků (LPIS) • K faktor (HPJ, BPEJ) • C faktor

V YUŽITÍ

DOSTUPNÝCH DATOVÝCH VRSTEV

M APOVÉ

VÝSTUPY

http://www.atlasltd.cz/atlas-eroze.html FAKULTA STAVEBNÍ ČVUT V PRAZE, KATEDRA HYDROMELIORACÍ A KRAJINNÉHO 5/26/2015


INŽENÝRSTVÍ

V ÝSTUPNÍ

PROTOKOLY Odpovídají požadavkům PÚ Ve formátu *.xls připravené pro tisk

Číselné i grafické zhodnocení erozního ohrožení



INŽENÝRSTVÍ

O BLAST

MIMO PLATNOST

USLE

N OVÝ

MODEL

ATLAS EROZE –

PLOŠNÉ ŘEŠENÍ

Plošné 2D řešení, výstup do rastru s volitelným rozlišením. Odtok je však směrován přímo po TIN – optimalizace pro DMR5G Odtok po TIN – nástroj „nová kapka“ – překoná terénní deprese Model přímo umožňuje posoudit varianty agrotechnických i technických PEO 2D USLE je optimalizována pro dodržení podmínky řešení plošného smyvu při 2D aplikaci (v rozšířeném nastavení programu) Výstupní protokoly a kartogramy (mapky) modelu budou přímo využitelné pro technické zprávy projektů komplexních pozemkových úprav. Model automaticky načítá a zpracuje standardní datové zdroje pro výpočet USLE (BPEJ, LPIS, …) – formáty SHP Projektanti mohou pro navržená technická PEO využít standardní nástroje Atlas DMT (tvorba objektů podél linií, plochy, řezy, kubatury,……)



INŽENÝRSTVÍ

=> P OLOHA

PRVKU

P ODKLADY PRO D IMENZOVÁNÍ => HYDROLOGICKÉ MODELY VSTUP

PROCES

VÝSTUP

DÉŠŤ ODTOK VEGETACE MORFOLOGIE PŮDA



INŽENÝRSTVÍ

41

M ETODA CN

CN - křivky Soil Conservation Service (SCS) Metoda umožňuje stanovení objemu „přímého odtoku“ Při využití návrhového hydrogramu, i průtok



INŽENÝRSTVÍ


INŽENÝRSTVÍ



INŽENÝRSTVÍ



INŽENÝRSTVÍ



INŽENÝRSTVÍ



INŽENÝRSTVÍ

METODA CN

výpočet objemu efektivní srážky metodou SCS – CN (CN křivky)

1) Výpočet maximální potenciální retence

 1000  A = 25 , 4 ⋅  − 10   CN 

[ mm ]

kde CN …průměrné číslo odtokové křivky území

2) Výpočet efektivní srážkové výšky

He =

(H − I a )2

H − Ia + A

[mm] ; platí pro H > I a kde H … srážková výška [mm] Ia… počáteční ztráta intercepcí a povrch.retencí volíme hodnotu rovnou Ia=0,2.A

3) Výpočet objemu efektivní srážky výpočet z efektivní srážkové výšky a rozlohy sběrné oblasti FAKULTA STAVEBNÍ ČVUT V PRAZE, KATEDRA HYDROMELIORACÍ A KRAJINNÉHO Ing. Petr Kavka Ph. D.

INŽENÝRSTVÍ

S-O VZTAHY METODA SCS CN


INŽENÝRSTVÍ

S-O VZTAHY METODA SCS CN


INŽENÝRSTVÍ

FAKULTA STAVEBNÍ ČVUT V PRAZE KATEDRA HYDROMELIORACÍ A KRAJINNÉHO INŽENÝRSTVÍ

SMODERP SIMULAČNÍ MODEL POVRCHOVÉHO ODTOKU A EROZNÍHO PROCESU Petr Kavka

N AVRHOVÁNÍ TPEO

http://storm.fsv.cvut.cz projekty-ke-stazeni FAKULTA STAVEBNÍ ČVUT V PRAZE, KATEDRA HYDROMELIORACÍ A KRAJINNÉHO 5/26/2015


INŽENÝRSTVÍ

SMODERP Slouží pro výpočet plošného povrchového odtoku a k navrhování a dimenzování protierozních opatření. • Posouzení erozní ohroženosti (porovnáním vypočtených hodnot rychlosti a tečného napětí s limitními hodnotami) • Návrh změny osevních postupů (plodin) • Výpočet návrhových charakteristik pro navrhování technických protierozních opatření V současnosti používané metody – kombinace USLE, SCS-CN, intenzitní vzorec Cíl: jednoduše uchopitelný model pro navrhování protierozních opatření



INŽENÝRSTVÍ

53

V YUŽITÍ

MODELU

Posouzení erozní ohroženosti • • •

návrh změny osevních postupů umístění ochranných travních pásů návrh pásového střídání plodin

Výpočet charakteristik protierozních opatření • • • • •

záchytné a odváděcí prvky zasakovací prvky prvky měnící podélný sklon dráhy soustředěného odtoku ochranné nádrže



INŽENÝRSTVÍ

54

H ISTORIE

MODELU

Model je od roku 1989 vyvíjen na katedře hydromeliorací a krajinného inženýrství • • • • • •

První verze modelu vyvinuta v programovacím jazyce Fortran (Verze 04.89) Navazující Verze IV. I/11 – 96 - jedna z nejrozšířenějších verzí Přepracování uživatelského rozhraní v jazyce Visual Basic (verze 1.01 z roku 1999 až po verzi 5.1 z roku 2011) 2011 - verze 10.01 – rekalibrace odtokových parametrů, distribuovaný přístup výpočtu 2013 – 2D (3D) verze modelu 2015 - rekalibrace odtokových parametrů a vnitřních proměnných na SI

http://storm.fsv.cvut.cz/smoderp/ FAKULTA STAVEBNÍ ČVUT V PRAZE, KATEDRA HYDROMELIORACÍ A KRAJINNÉHO 5/26/2015


INŽENÝRSTVÍ

55

HTTP :// STORM . FSV. CVUT. CZ / SMODERP /

5/26/2015


56

N ÁVRH Oblast Šířka svahu Srážková stanice

ODVÁDĚCÍCH PRVKŮ Vzorová oblast

520 [m]

Typ svahu

Jednoduchý

Česká Republika / Návrhová srážka / 5 let

Vzdálenost přerušení od počátku [m] 258 657

5/26/2015

Vzdálenost přerušení dílčí

Maximální výška hladiny

Max. průtok

celkový odtok

[m] 258 399

[mm] 4.0 4.7

[l.s-1) 241 242

(l) 2 011 691 2 682 180


57

1D

5/26/2015

MODEL


58

1D

5/26/2015

MODEL


59

S MODERP 2D Formou Python skriptu pro ArcGIS Oddělený výpočet plošného odtoku a soustředěného odtoku v rýhách Dynamický časový krok Jednosměrný / vícesměrný výpočet směrů odtoku

5/26/2015


60

V ÝSTUPY

Z MODELU



INŽENÝRSTVÍ

61

N ÁVRH

ODVÁDĚCÍCH PRVKŮ A AKUMULAČNÍCH NÁDRŽÍ

Profil suché nádrže



INŽENÝRSTVÍ

62

N ÁVRH ….

• • • •

Umístění prvku Tvar prvku Materiál Stabilita a bezpečnost stavby a okolí

5/26/2015

• Návrh = > variantní řešení = > model


63

P ODKLADY PRO D IMENZOVÁNÍ => HYDROLOGICKÉ MODELY VSTUP

PROCES

VÝSTUP

DÉŠŤ ODTOK VEGETACE MORFOLOGIE PŮDA



INŽENÝRSTVÍ

64

D OSTUPNÁ

DATA O SRÁŽKÁCH

ČR

Trupl, 1958 – Maximální intenzity návrhových dešťů. Šamaj - Valovič, 1986 – 24 hodinové návrhové srážky + redukce na kratší časy ERA 40 Vyhodnocení novějších datových řad (ČHMU – dostupné, koupitelné) ČHMU – návrhové srážky (denní) FAKULTA STAVEBNÍ ČVUT V PRAZE, KATEDRA HYDROMELIORACÍ A KRAJINNÉHO 5/26/2015


INŽENÝRSTVÍ

65

PROJEKT „ SRÁŽKY“ „Vliv variability krátkodobých srážek a následného odtoku v malých povodích České republiky na hospodaření s vodou v krajině“ ČVUT v Praze Ústav fyziky atmosféry AV ČR Sweco Hydroprojekt

Cíle Analýza srážek (doby opakování, vnitřní tvary srážek, …) Citlivost modelů Dopady na realizaci staveb FAKULTA STAVEBNÍ ČVUT V PRAZE, KATEDRA HYDROMELIORACÍ A KRAJINNÉHO 5/26/2015


INŽENÝRSTVÍ

66

HYDROLOGIE EROZE. Stanovení charakteristik odtoku (průtok, objem odtoku, ) z řešeného území Tvarové a materiálové návrhové charakteristiky prvků

Recommend Documents