Sledování dynamiky revitalizovaného koryta Svi ovického potoka

SLEDOVÁNÍ DYNAMIKY REVITALIZOVANÉHO KORYTA SVIĕOVICKÉHO POTOKA

Sledování dynamiky revitalizovaného koryta SviŸovického potoka ZDENċK KLIMENT, MILADA MATOUŠKOVÁ, MIROSLAV ŠOBR, MARKÉTA POTģýKOVÁ, JANA HUJSLOVÁ

PĜíspČvek je zamČĜen na geomorfologický vývoj koryta po provedené revitalizaci v povodí SviĖovického potoka v pramenné oblasti Blanice. Vedle geodetických metod jsou v území aplikovány vybrané fotogrammetrické metody s použitím snímkĤ z leteckých modelĤ. Samostatná pozornost byla vČnována historickým zmČnám trasy sledovaného koryta. Revitalizace SviĖovického potoka byla zahájena na jaĜe 2005. Koryta tokĤ byla osvobozena od zpevnČní betonovými prefabrikáty (úprava z r. 1975) a ponechána samovolnému fluviálnČmorfologickému vývoji (obr. 1). TokĤm byl navrácen pĜírodČ blízký charakter, bĜehy byly osazeny stromovou vegetací.

Obrázek 1 Koryto SviĖovického potoka pĜed revitalizací s bezprostĜednČ po revitalizaci na jaĜe 2005. Foto: M. Matoušková.

Na SviĖovickém potoce (cca 800 m dlouhý úsek) byl zahájen ihned po provedené revitalizaci detailní fluviálnČ-geomorfologický a hydrologický výzkum s cílem sledovat stabilitu a dynamiku vývoje rozvolnČného koryta s ohledem na výskyt mimoĜádných srážko-odtokových událostí. BČhem uplynulých dvou let došlo k výraznám zmČnám pĜíþného i podélného profilu koryta, zejména po významné srážkoodtokové události z 12.7. 2006.

1

Materiál a metody

PĜi výzkumu jsou uplatnČny terénní i kamerální metody, vþetnČ metod DPZ. Za základní mĤžeme považovat opakované geodetické zamČĜení vytipovaných 12 pĜíþných profilĤ totální geodetickou stanicí Leica v pĤlroþních intervalech jaro, podzim (profily1-10 od jara 2005, profily N1 a N7 od jara 2006) a podélného profilu (od podzimu 2005) spolu s fotografickou dokumentací stavu koryta. Na jaĜe 2006 probČhlo nasnímkování lokality s vysokým rozlišením snímkĤ z nízkoletícího modelu letadla a na jaĜe 2007 z nízkoletícího modelu helikoptéry. V souþasné dobČ se provádí geocentrování snímkĤ pro potĜeby 151

ZDENċK KLIMENT, MILADA MATOUŠKOVÁ, MIROSLAV ŠOBR, MARKÉTA POTģýKOVÁ, JANA HUJSLOVÁ

fluviálnČ-morfologické interpretace a pro vybrané úseky ovČĜována možnost využití 3D modelu. Od jara 2006 je provádČn kontinuální monitoring vodních stavĤ a obþasné hydrometrování pro konstrukci konsumpþní kĜivky. K vyhodnocení srážkoodtokých pomČrĤ je využito údajĤ z automatického srážkomČru umístČného v experimentálním povodí v nedalekých Zbytinách. Údaje jsou konfrontovány se srážkomČrnou stanicí ýHMÚ ve Spálenci. Podstatnou þástí je zjišĢování stavu a prĤbČhu sledovaného koryta v rĤzných historických þasových obdobích na základČ historických mapových podkladĤ, plánĤ a leteckých snímkĤ (ýUZK, ZVHS).

2 Výsledky 2.1

Historické zmĢny trasy SviŸovického potoka

Pro zjištČní zmČn trasy koryta SviĖovického potoka bylo využito rĤzných mapových podkladĤ z období posledních více než sto padesáti let (CísaĜské povinné otisky stabilního katastru ýech z období 1824 – 1843 v mČĜítku 1 : 2 880, mapa území obce Zbytiny z roku 1888 vedená spolu s císaĜskými otisky map stabilního katastru v mapovém archivu ýÚZK v Praze, mapa pozemkového katastru platná do roku 1950, mapa katastru nemovitostí z roku 1982, ortofoto horní Blanice z r. 2005 – zdroj ýÚZK). Po úpravČ podkladĤ byly vektorizovány linie SviĖovického potoka a þásti Zbytinského potoka v pČti srovnávaných letech – 1843, 1888, 1950, 1982, 2005 (viz. obr. 2).

Obrázek 2 Historické zmČny trasy SviĖovického potoka a úseku Zbytínského potoka v období 1843-2005.

V roce 1843 mČlo koryto SviĖovického potoka pĜirozený charakter s mírnými zákrutami. Probíhalo jihozápadním smČrem a zhruba 180 m severnČ od silnice se stáþelo k jihu. Z jižního na jihojihovýchodní smČr se koryto stáþelo pĜibližnČ 100 m pod silnicí. Do Zbytínského potoka ústil SviĖovický potok na okraji obce Zbytiny. Linie koryta SviĖovického potoka v roce 1888 a 1950 vykazuje jen nepatrné rozdíly. V horní þásti toku nad silnicí je jejich prĤbČh prakticky totožný, ve spodní þásti docházelo k mírným 152


posunĤm zákrutĤ. SviĖovický potok byl velmi výraznČ ovlivnČn lidskou þinností v dobČ socialistické kolektivizace zemČdČlství v 70.-80. letech 20. století v dobČ provádČných melioraþních úprav. SviĖovický potok byl napĜímen a koryto na úseku dlouhém 1,132 km od ústí do Zbytínského potoka bylo opevnČno betonovými prefabrikáty do tvaru jednotného lichobČžníkového pĜíþného profilu se sklonem svahĤ 1:1,5. Na jaĜe 2005 byla na toku i pĜilehlém úseku Zbytínského potoka pod obcí Zbytiny provedena revitalizace. Bylo odstranČno betonové opevnČní koryta od ústí SviĖovického potoka po horní propustek u lesa u pĜejezdu TK 60/125 a koryto bylo rozvolnČno. V horní þásti byla ponechána pĤvodní trasa koryta s lichobČžníkovým profilem o šíĜce dna 30 cm a sklonem svahĤ 1:5, v dolní þásti pod silnicí byly zrealizovány navržené zákruty s jednostranným úklonem bĜehových svahĤ. Ke zvýšení stability dna a oživení bylo realizováno cca 20 kamenných prahĤ a bĜehy koryta osázeny dĜevinami. 800

pĜíþné profily

1

silniþní most

eroze

podzim 2005 795

podzim 2006

N1

nadmoĜská výška (m)

eroze

podzim 2007

2

akumulace eroze

790

transport

3

akumulace

4 5

akumulace

6

eroze

785

7

eroze

akumulace

N7 8

eroze

transport

780

akumulace

9 10

akumulace

775 0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

vzdálenost od horního konce sledovaného úseku (m)

Obrázek 3 ZmČny v podélném profilu revitalizovaného koryta v období 2005-2007

2.2 Geodetické zamĢƎování pƎíēných podélných profilƽ koryta V souþasné dobČ jsou k dispozici výsledky ze šesti opakovaných zamČĜení pĜíþných profilĤ (23.6.2005, 13.10.2005, 19.4.2006, 25.10.2006, 11.4.2007, 24.10.2007) a z pČti zamČĜení podélných profilĤ (kromČ jara 2005). RozvolnČné koryto vykazovalo od provedené revitalizace pomČrnČ velkou dynamiku, která se projevila intenzivní hloubkovou i boþní erozí na jedné stranČ, a rozsáhlými fluviálními akumulacemi na dnČ koryta toku na stranČ druhé. Na témČĜ všech sledovaných profilech (1-10) v prĤbČhu prvního pĤlroku pĜevažovalo mírné až stĜední zahlubování koryta v rozsahu zahloubení 5 až 20 cm. Od podzimu 2005 do jara 2006 profily zĤstávají až na výjimky v podstatČ na podobné hloubkové úrovni, dochází k rozšíĜení profilĤ u dna o cca 20 cm. Boþní eroze spolu s akumulacemi pĜemísĢovaného materiálu vede k samovolnému vývoji drobných zákrutĤ, kde dochází k nejvČtším šíĜkovým, ale i hloubkovým zmČnám.

153


Profil þ.1 799,8 799,6 799,4 799,2 799 798,8 798,6 798,4 798,2 798

jaro 2005 podzim 2005 jaro 2006 podzim 2006 jaro 2007 podzim 2007 0

2

4

6

8

10

12

Profil þ.4 790,2 790 789,8 789,6

jaro 2005

789,4

podzim 2005

789,2

jaro 2006

789

podzim 2006

788,8

jaro 2007

788,6

podzim 2007

788,4 0

2

4

6

8

10

12

Profil þ.10 781,6 781,4 781,2 781 780,8

jaro 2005

780,6

podzim 2005 jaro 2006

780,4

podzim 2006

780,2 0

2

4

6

8

10

jaro 2007

12 podzim 2007

Obrázek 4 Ukázky pĜíþných profilĤ a odpovídající obrázky z jara 2007. Foto: Z.Kliment

V období od jara 2006 do podzimu 2006 dochází ve sledovaném úseku k dramatickým zmČnám v souvislosti s nČkolika významnými srážko-odtokovými událostmi, zejména pak ze 12.7. 2006, kdy teklo pod silniþním mostem u automatického hladinomČru 66 cm vodního sloupce. Koryto toku se výraznČ zmČnilo, došlo k témČĜ katastrofální hloubkové a boþní erozi (na sledovaných pĜíþných profilech zahloubení až o více než 30 cm, boþní eroze v nČkterých výseþných bĜezích až 1 m). NČkteré dĜíve prohloubené profily byly naopak zaneseny vrstvou sedimentu o mocnosti 25-30 cm a dostaly se na pĤvodní úroveĖ z jara 2005. ZmČny jsou patrné i v podélném profilu toku, zmČny úrovnČ povrchu dna dosahují až pĜes 40 cm (obr.3). Vedle prohloubení nČkterých zákrutĤ došlo v akumulaþních þástech profilu k zanesení a zániku drobných zákrutĤ, a tím vlastnČ k opČtovnému napĜímení prĤbČhu toku. V dynamice podélného profilu toku se zaþíná uplatĖovat pĜekážka v podobČ silniþního mostu. Poslední dvČ zamČĜení v r. 2007 neprokázaly významné zmČny koryta, a to i vzhledem k tomu, že bČhem období nedošlo k významným srážko-odtokovým událostem. Koryto zĤstává až na urþité výjimky (rozšiĜování podemletých úsekĤ, ústup okrajové hrany koryta zejména ve výseþných bĜezích, urþité projevy dnové akumulace a eroze na zaþátku a konci transportních úsekĤ) na stavu z podzimu 2006 (obr.4).

154


2.3 Zpracování snímkƽ poƎízených nemĢƎickou komorou z bezpilotního nosiēe PoĜízení snímkĤ z modelu letadla bylo použito jako alternativní metoda ke geodetickému zamČĜení podélných a pĜíþných profilĤ koryta. Cílem bylo získat data, která systematicky monitorují vývoj bĜehĤ, akumulaþních a erozních oblastí v celé sledované délce Svinovického potoka, a to jak v poloze, tak ve výšce. Jedná se o experimentální metodu, která v tomto rozsahu zpracování dosud nebyla v rámci podobného projektu v ýeské republice uplatnČna. 2.3.1 PoƎízení snímkƽ Snímky byly poĜízeny poþátkem kvČtna 2006 a v polovinČ dubna 2007, tedy v úplném poþátku vegetaþního období. V prvním roce snímkování byl jako nosiþ použit rádiovČ Ĝízený model letadla. Snímkování bylo provedeno ve dvou výškách letu, a to pĜibližnČ 110 m a 70 m. Jelikož se vyskytly problémy s udržením modelu nad osou koryta toku, bylo v následujícím roce výrobcem a vlastníkem letadla navrženo využít model helikoptéry. Pro postižení vČtších detailĤ byla zároveĖ snížena výška letu na 30 m. Pro snímkování byla použita bČžnČ dostupná nemČĜická kamera Olympus SP-350 s velikostí senzoru 3264 x 2448 pixelĤ. Kamera byla v obou pĜípadech umístČna v pevném závČsu pod nosiþem pro poĜízení kolmých snímkĤ. Pro zmapování úseku pĜibližnČ 800 m koryta Svinovického potoka bylo v každém roce nasnímáno asi 600 snímkĤ. Vzhledem k pĜedpokládaným zkreslením objektivu kamery bylo tĜeba provést její kalibraci. K tomuto úþelu bylo využito kalibraþní pole zĜízené LaboratoĜí fotogrammetrie stavební fakulty ýVUT v Praze. Vlastní kalibraþní pole se schématem pozic kamery pĜi jeho snímkování je vidČt na obr. 6. Hodnoty prvkĤ vnitĜní orientace vypoþtené v programu Photomodeller shrnuje tab.1.

Obrázek 5 Použité snímkovací modely letadla a helikoptéry

Obrázek 6 Kalibraþní pole a pozice kamer pro urþení prvkĤ vnitĜní orientace

155


Tabulka 1 Parametry vnitĜní orientace kamery Olympus SP-350 Velikost senzoru Konstanta kamery SouĜadnice hlavního snímkového bodu (vzhledem k levému hornímu rohu snímku)

Radiální zkreslení 2 4 dr′ = K1r′ + K2r′ Tangenciální zkreslení 2 2 dpx′ = P1(r′ + 2x′ ) + 2P2x′y′ 2 2 dpy′ = P2(r′ + 2y′ ) + 2P1x′y′

W = 7.661mm H = 5.746 mm c = 8.627 mm x′0 = 3.883 mm y′0 = 3.027 mm K1 = 0.002166 -5 K2 = 1.192 10 -5 P1 = 1.140 10 -5 P2 = 6.809 10

2.3.2 Orientace snímkƽ Pro prostorové vyhodnocení snímkĤ je tĜeba urþit parametry vnČjší orientace, tj. souĜadnice projekþního centra a sklony snímkĤ. Vzhledem k relativnČ nízkému poþtu geodeticky zamČĜených vlícovacích bodĤ a zakĜivení koryta potoka, se snímky rozdČlily do menších blokĤ a jejich orientaþní prvky se urþí metodou aerotriangulace. PĜedpokládanou pĜesnost následného 3D vyhodnocení jednotlivých bodĤ bĜehĤ a akumulaþních þi erozních oblastí lze odhadnout ze vztahĤ (Kraus 2001, Šíma 2007): 2 2 2 σ XY = σ XY ( sig ) + σ XY ( def ) + σ XY ( ori )

σ Z = σ Z2 ( sig ) + σ Z2 ( def ) + σ Z2 ( ori )

σXY(sig), σZ(sig) pĜesnost mČĜení signalizovaných bodĤ σXY(sig)=0.7 pixelu σZ(sig)= 0.5 pixel ms c / b′ (ms - mČĜítko snímku, c – konstanta kamery, b′- délka základny ve snímku) σXY(def), σZ(def) nejistota v definici pĜirozených bodĤ terénu σXY(ori), σZ(ori) pĜesnost orientaþních prvkĤ V souladu s tČmito vztahy, pĜedpokládaná pĜesnost bodĤ vyhodnocených ze snímkĤ nejmenšího mČĜítka 1:12 750 (výška letu 110 m) je σXY = 5 cm a σZ =10 cm v pĜípadČ podélného pĜekrytu snímkĤ 60%. Nižší pĜesnost ve výšce je dána nepĜíznivým pomČrem mezi výškou letu a délkou základny, která je krátká vzhledem k obdélníkovému formátu snímkĤ. Po zjištČní prvku vnČjší orientace je možno pĜistoupit k manuálnímu, stereoskopickému vyhodnocení, tvorbČ DMT (manuální þi automatické) a vyhotovení ortofot. 2.3.3 2D zpracování Vzhledem k poþtu snímkĤ, bylo pro první fázi Ĝešení rozhodnuto vytvoĜit mozaiku pĜekreslených snímkĤ bez zavádČní korekcí z výškových rozdílĤ terénu. Postup spoþívá ve výbČru snímkĤ nepĜíliš rozdílného mČĜítka, vytvoĜení mozaiky a její transformaci na vlícovací body. Vzhledem ke znaþným hodnotám radiálního zkreslení objektivu, které dosahují v okraji snímkĤ až 50 μm (64 cm pro snímek mČĜítka 1:12 750), jsou snímky pĜed vlastním mozaikováním opraveny o toto zkreslení (Jedliþka, PotĤþková, 2006). Radiální posuny dr′ zpĤsobené zanedbáním výškových rozdílĤ dh je možné odhadnout ze vztahu: dr ' =

156

dh r' H


Kde r′ je vzdálenost bodu od stĜedu snímku a H prĤmČrná výška letu. Pro metrové pĜevýšení v okraji snímku mČĜítka 1:3 000 (H = 30 m) je hodnota radiálního posunu až 50 cm ve skuteþnosti. Pro 2D zpracování je proto tĜeba použít pouze snímky, kde koryto potoka prochází zhruba stĜedem snímku a kde není velké pĜevýšení. 2.3.4 Shrnutí Na obr. 7 je automaticky vytvoĜený model terénu z jedné stereodvojice snímkĤ. Jak je z obrázku patrné, v modelu je množství chyb, které se musí odstranit pomocí filtrĤ nebo manuálnČ. KromČ vlastního digitálního modelu bylo také vytvoĜeno ortofoto s velikostí pixelu 5 cm (obr.8). PĜedbČžné výsledky zpracování jednotlivých stereodvojic a blokĤ snímkĤ pĜinesly následující zjištČní: -

Množství poĜízených snímkĤ je znaþnČ velké. NČkteré z nich jsou pro další zpracování nepoužitelné, protože nepokrývají zájmové území nebo pouze jeho þást. Tato skuteþnost je zapĜíþinČna nesnadnou navigací modelu a jeho udržení ve smČru koryta potoka, zejména ve zhoršených povČtrnostních podmínkách.

-

Snímání bylo provedeno po úsecích. MČĜítko sousedních snímkĤ se mezi navazujícími úseky a v nČkterých pĜípadech i v rámci tČchto úsekĤ liší, což zpĤsobuje problémy s orientací snímkĤ.

-

Poþet vlícovacích bodĤ je pomČrnČ nízký a navíc jsou umístČny pouze v tČsné blízkosti koryta, což zhoršuje pĜesnost orientace snímkĤ.

-

V nČkterých pĜípadech není pĜekryt snímkĤ dostateþný pro 3D vyhodnocení.

-

NČkteré snímky nejsou dostateþnČ ostré kvĤli vibracím a rychlosti pohybu nosiþe.

Na základČ výše uvedených skuteþností lze konstatovat, že snímkování by mČlo být provedeno z modelu letadla, které se jeví stabilnČjší a snímky z nČj poĜízené vykazují menší rozostĜení. Výška letu by mČla být zvolena optimálnČ tak, aby koryto s pĜilehlými bĜehy a vlícovacími body pokrývaly celou plochu snímku.

Obrázek 7 Automaticky odvozený digitální model terénu ze stereodvojice snímkĤ pĜibližného mČĜítka 1:12 750. V dalším zpracování musí být model editován a vyhlazen.

157


Obrázek 8 Ortofoto odvozené s využitím digitálního modelu terénu uvedeným výše. Prvky vnČjší orientace byly urþeny aerotriangulací bloku osmi snímkĤ.

3 Diskuse a závĢr V roce 2007 pokraþovalo prĤbČžné geodetické zamČĜování revitalizovaného koryta, nutné k zachycení geomorfologického vývoje po probČhlé revitalizaci v r. 2005. Na rozdíl od pĜedchozích rokĤ nedošlo v r. 2007 k výrazným zmČnám koryta, které bylo zpĤsobeno absencí významných srážko-odtokových událostí a také „vyrovnáním“ podélného profilu v pĜedchozím období. PĜes relativnČ stabilizovaný stav koryta rozhodla správa ZVHS Prachatice provést do konce kalendáĜního roku 2007 závoz lomového kamene k nejvČtším nátržím. ZamČĜení z podzimu roku 2007 bude patrnČ posledním stavem pĜirozeného vývoje toku po provedené revitalizaci bez dalšího antropogenního zásahu. Analýzou mapových a fotografických podkladĤ byly zjištČny pomČrnČ razantní, v dnešní dobČ nenávratné, zmČny trasy koryta v historickém období (zejména v období meliorací v r. 1975). ZároveĖ byly detailnČ provČĜeny možnosti využití snímkování z leteckých modelĤ jako alternativní fotogrammetrické metody. PĜedpokladem je opČtovné použití snímkování lokality z modelu nízkoletícího letadla k zachycení nových skuteþností a vyhodnocení úspČšnosti jejich provedení pro další vývoj koryta.

4 Literatura Jedliþka, J., PotĤþková, M. (2006): Correction of radial distortion in digital images. Proceedings Technical Computing Prague 2007 Kraus, K. (2001): Photogrammetry, Vol. 1, Dümler, Bonn Šíma, J. (2007): Na poþátku éry digitálního fotogrammetrického snímkování ýeské republiky, Proceedings Geos 2007

158

Sledování dynamiky revitalizovaného koryta Svi ovického potoka

Recommend Documents