• Srážko-odtokový vztah • Metody popisu srážko-odtokového vztahu • Hydrologické extrémy
• Vždy platí základní bilance
P Gin Q ET Gout S • Jednotlivé složky bilance nejsou konstantní v čase
• Obecně se jedná o jakýkoli vztah mezi srážkou a odtokem • V užším smyslu uvažujeme vztah mezi srážkou a odtokem v rámci základní hydrologické územní jednotky – povodí • Vztah může být posuzován v rámci jedné epizody či z dlouhodobého hlediska
Pt Qt Srážka
Odtok
V hydrologii hovoříme o odtokovém hydrogramu, který je odezvou povodí na příčinnou srážku.
Zdroj: http://echo2.epfl.ch/VICAIRE/mod_1a/chapt_8/main.htm
Odtok • zajímáme se obecně o časový průběh - hydrogram • základní charakteristiky: objem, kulminační průtok
Jaká bude velikost kulminačního průtoku ze stejné srážky pro dvě povodí z nichž jedno má dvojnásobnou plochu? a) Kulminační průtok pro větší povodí bude dvojnásobný, b) Kulminační průtok pro větší povodí bude více než dvojnásobný, c) Kulminační průtok pro větší povodí bude menší než dvojnásobek kulminačního průtoku pro povodí poloviční. Uvažujte všechny ostatní vlastnosti povodí stejné.
Zdroj: http://www.meted.ucar.edu/hydro/basic_int/runoff/navmenu.php?tab=1&page=3.5.0
Předpokládejme dvě povodí o stejné rozloze a dalšími charakteristikami. Povodí se liší pouze tvarem. Jaký bude kulminační průtok pro vějířovité povodí ve srovnání s protáhlým? a) Kulminační průtok pro vějířovité povodí bude vyšší, b) Kulminační průtok pro protáhlé povodí bude vyšší.
Zdroj: http://www.meted.ucar.edu/hydro/basic_int/runoff/navmenu.ph p?tab=1&page=3.5.0
zpravidla
Předpokládejme dvě povodí o stejné rozloze a dalšími charakteristikami. V jednom povodí jsou koryta napřímena v druhém jsou v původní meandrující trase. Jaký bude kulminační průtok pro povodí s upravenými toky? a) Kulminační průtok pro povodí s upravenými toky bude vyšší, b) Kulminační průtok pro povodí s neupravenými meandrujícími toky bude vyšší, c) Kulminační průtoky budou stejné.
Zdroj: Richard Wheeler, on-line https://commons.wikimedia.org/wiki/File:SoilComposition.png
Zdroj: http://www.meted.ucar.edu/hydro/basic/FlashFlood/print_version/02-HydrologicInfluences.htm#a1
• V originále Rational method (u nás známá též jako metoda odtokového součinitele) • Metodu vyvinul a poprvé publikoval v roce 1851 T. J. Mulvaney • Obvykle je doporučováno používat metodu pro velmi malá povodí do 80 ha
QP 0.278 C i A
QP – odtok (m3.s-1) C – odtokový součinitel (-) i – intenzita deště (mm.hod-1) A – plocha povodí (km2)
http://www.samsamwater.com/discharge/
http://www.brighthubengineering.com/hydraulics-civil-engineering/93173-runoff-coefficientsfor-use-in-rational-method-calculations/
• Vyvinuta Službou pro ochranu půdy v USA (Soil Conservation Service – SCS, nyní Natural Resources Conservation Service NRCS, součást USDA) v padesátých letech 20. st. • Metoda je určena pro hodnocení jednotlivé události • Slouží pro stanovení výšky přímého odtoku – efektivní srážky • Zahrnuje dvě z nejdůležitějších charakteristik povodí – využití území a půdní vlastnosti
• Rovnost podílu odtoku ku úhrnu srážky bez počáteční ztráty a celkové ztráty ku maximální možné ztrátě • Zákon zachování hmoty • Počáteční ztráta jako podíl maximální možné ztráty
P Ia F Q Q F P Ia S
Ia S
P – srážka (mm) F – infiltrace (mm) Ia – počáteční ztráta (mm) S – maximální potenciální ztráta (mm) λ – regionální součinitel počáteční ztráty (-) Q – odtok (mm)
V našich podmínkách je užívána hodnota λ=0.2
P 0.2 S Q
2
P 0.8 S
Q 0 pro
P 0.2 S
Je nutné ověřit překročení Ia!
pro
P 0.2 S pro S = 100 mm
• Jelikož hodnota maximální potenciální ztráty S může teoreticky nabývat hodnot do ∞, byl zaveden parametr CN nabývající hodnot od 0 do 100 • Vztah mezi S a CN je v jednotkách SI vyjádřen rovnicí:
1000 S 25.4 10 CN
• Hodnoty parametru CN jsou tabelovány pro různé druhy využití území a hydrologické skupiny půd • Metoda uvažuje různé stavy nasycení povodí před posuzovanou událostí – vliv nasycení je zahrnován pomocí úpravy hodnot CN • K hodnocení nasycení je používán index předchozích srážek – API (Antecedent Precipitation Index) – množství srážek za periodu 5 dnů • Nasycení povodí je rozděleno do 3 stavů – nasycené povodí (API III), středně nasycené povodí (API II), málo nasycené povodí (API I)
Srážkový úhrn za posledních 5 dní (cm) API Mimovegetační období
Vegetační období
I
méně než 1.3
méně než 3.6
II
1.3 to 2.8
3.6 to 5.3
III
více než 2.8
více než 5.3
Hydrologická skupina půd
Dolní hranice infiltrační rychlosti
Horní hranice infiltrační rychlosti
cm.den-1 (inch/hod)
cm.den-1 (inch/hod)
A
18.29 (0.30)
27. 43 (0.45)
B
9.15 (0.15)
18.29(0.30)
C
3.05 (0.05)
9.15 (0.15)
D
0.00 (0.00)
3.05 (0.05)
Kód LU
Využití území (LU)
Hydrologická skupina půd A
B
C
D
100
Urbanizované plochy
61
75
83
87
110
Obytné areály
61
75
83
87
113
Zahrady
57
73
82
86
114
Parky, trávníky
39
61
74
80
120
Komunikace
82
89
92
93
121
Silnice
82
89
92
93
122
Cesty
72
82
87
89
123
Železnice
72
82
87
89
130
Průmyslové areály
81
88
91
93
200
Orná půda - kukuřice
72
81
88
91
255
Orná půda - obiloviny
63
75
83
87
CN II CN I 2.281 0.01281 CN II
CN III
CN II 0.427 0.00573 CN II
Úhrn srážky 100 mm Park/HSG B → CN=61 Q=19 mm
Kukuřice/HSG B → CN=81 Q=52 mm
CN=20 (33%) Q=33 mm (173%)
CN A CN A i
i
i
Zdroj: http://www.xmswiki.com/wiki/WMS:Quick_Tour_-Computing_Composite_Curve_Numbers
V případě heterogenního území je zapotřebí rozdělit území na homogenní jednotky a pro každou z nich stanovit hodnotu CN. Pro povodí se pak stanoví reprezentativní hodnota jako vážený průměr.
Příklad Mějme povodí o celkové rozloze 5 km2. V povodí se vyskytují lesní porosty, trvalé travní porosty a orná půda. Půdy spadají do hydrologických skupin B a C (podrobnosti viz tabulka).
Plocha (km2)
CN
Les, B
1.5
55
Les, C
0.5
70
TTP, C
1
71
Orná půda brambory, B
2
85
LU a HSG
1.5 55 0.5 70 1 71 2 85 CN 71.7 5
Vysoké průtoky • Povodně
Nízké průtoky • Sucho
voda již zaplavuje území mimo koryto vodního toku a může způsobit škody
Zákon č. 254/2001 Sb. (Vodní zákon), §64, odst. (1)
• • • • •
Přívalové povodně
Přívalové povodně Regionální povodně (dešťové povodně) Povodně z tání sněhu Ledové povodně Zvláštní povodně
Regionální povodně
Nezaměňovat povodeň a N-letý průtok!!! Ze zákonné definice povodně vyplývá, že výskyt Q100 nemusí nutně znamenat povodeň, naopak povodeň může vzniknout klidně při dosažení Q20.
Povodně z tání sněhu
Ledové povodně
Zvláštní povodně
Stupně povodňové aktivity (SPA) – vyjadřují míru povodňového ohrožení Povodeň
1. stupeň (stav bdělosti)
nevyhlašuje se; nastává při nebezpečí přirozené povodně a jsou-li splněny podmínky v povodňovém plánu pro určitou nemovitost. Jedná se o období nebezpečí povodně, tedy před povodní. Provádějí se přípravná opatření.
2. stupeň (stav pohotovosti)
nebezpečí přirozené povodně přerůstá v povodeň. Provádějí se opatření ke zmírnění průběhu povodně podle povodňového plánu.
3. stupeň (stav ohrožení)
nebezpečí škod většího rozsahu, ohrožení životů a majetku v záplavovém území. Provádějí se zabezpečovací a záchranné práce nebo evakuace.
Jednotlivé SPA jsou zpravidla definovány na základě vodních stavů (úrovně hladiny ve sledovaných profilech na tocích).
Kulminace 4.6.2013 3210 m3.s-1 (v Chuchli) Dosažen 3.SPA
Sucho je z pohledu hydrologie stav, kdy je v daném profilu průtok dlouhodobě pod normálem – hydrologické sucho. Negativně ovlivňuje zejména: • Zásobování vodou • Vodní organismy (ryby, obojživelníci, vodní rostliny …) • Kvalita vody • Splavnost • Podzemní voda
Hydrologické sucho je většinou důsledkem sucha meteorologického. • Jako limit pro hydrologické sucho bývá často používána hodnota Q355d. • Podrobněji jsou používány různé indexy založené na porovnávání s průměrnými hodnotami pro dané období (týden, dekáda, měsíc)
Q355d – hodnota průtoku, která je dosažena nebo překročena po 355 dnů v roce (v dlouhodobém průměru)
Q (m3.s-1)
m-denní průtoky 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
Blanice, profil Radonice Q355d
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360
m (dny)
Minimální zůstatkový průtok • Minimálním zůstatkovým průtokem je průtok povrchových vod, který ještě umožňuje obecné nakládání s povrchovými vodami a ekologické funkce vodního toku. Zákon č. 254/2001 Sb. (Vodní zákon), §36, odst. (1)
METODICKÝ POKYN odboru ochrany vod Ministerstva životního prostředí ke stanovení hodnot minimálních zůstatkových průtoků ve vodních tocích
Průtok Q355d (m3.s-1) < 0.05 0.05 – 0.5 0.51 – 5.0 > 5.0
Minimální zůstatkový průtok Qhyg Q330d (Q330d + Q355d) . 0.5 Q355d (Q355d + Q364d) . 0,5
V roce 2015 byly srážky nižší o cca 150 mm oproti dlouhodobému průměru.
Zdroj: Vyhodnocení sucha na území České republiky v roce 2015, předběžná zpráva (on-line: http://www.chmi.cz/files/portal/docs/meteo/ok/SUCHO/zpravy/Sucho_2015-predbezna_zprava_CHMU.pdf)
Vodoměrné profily, v nichž byl v létě 2015 změřen průtok menší než Q355d, resp. Q364d
Jez na Berounce v Mokropsích v polovině července 2015 Zdroj: http://zpravy.idnes.cz/letosni-sucho-v-cesku-je-nejhorsi-od-roku-2003-fel/domaci.aspx?c=A150720_212330_domaci_ane
Sucho postihlo v létě 2015 většinu území České republiky Zdroj: http://zpravy.idnes.cz/pristi-sucho-muze-byt-katastrofalni-tvrdi-klimatolog-ppi/domaci.aspx?c=A150902_171936_domaci_fer
