Stavební objekty PSZ. Petr Kavka

Transkript

1 Stavební objekty PSZ Petr Kavka

2 Návrh.. Umístění prvku Tvar prvku Materiál Stabilita a bezpečnost stavby a okolí Návrh = > variantní řešení = > model 5/20/2016 2

3 Vodohospodářská opatření - tok Úpravy na tocích Ochrana před regionálními povodněmi V jiných případech - širší vztahy než jen K. Ú. záplavová území, rozlivy, plán oblasti povodí, atp. Tok = možnost ekologického využití, často napojení na prvky ÚSES, návrh úpravy Malé vodní nádrže prokázat efektivnost, bezpečnost hydraulické posouzení - vstupní data na základě ČSN /20/2016 3

4 Typy opatření na toku Rybníky a účelové nádrže Suchá nádrž Úpravy toku Mosty Zkvalitnění ekologické funkce 5/20/2016 4

5 (projekt), tento semestr Většinou sypaná hráz < 9m výšky < 2 mil. m 3 vody Q 100 < 60m 3 /s Základní prvky: Hráz Výpustní objekt Bezpečnostní přeliv Rybníky 5/20/2016 5

6

7 Zdroj: Dostál

8 Rybník 5/20/2016 8

9 Suchá nádrž Poldr x suchá nádrž Většinou sypaná hráz Hydraulické posouzení efektivity nádrže SW dostupný na stránkách katedry Základní prvky Hráz Výpustní objekt Bezpečnostní přeliv Posouzení transformačního efektu 5/20/2016 9

10 Suchá nádrž / poldr

11 Úpravy toku Revitalizace Rozlivy Trasa Splaveninový režim a stabilita dna 5/20/

12

13

14 Kapacita Hydraulický návrh Stabilita Mosty Zajištění průchodnosti plaveným materiálem při povodni 5/20/

15 Zkvalitnění ekologické funkce Migrační propustnost Úkryty Tůně Doprovodná zeleň 5/20/

16 Trocha nutné legislativy Vazby na vodní zákon (254/2001 Sb.) a stavební zákon ČSN 75. ČSN Malé vodní nádrže TNV Suché nádrže ČSN Projektování polních cest ČSN , ČSN Křížení a souběhy s. ČSN Hydromeliorace, odvodňovací kanály 5/20/

17 Úpravy na vodních tocích Navrhování objektů na vodních tocích a suché nádrže je doporučeno navrhovat podle normy ČSN Hydrologické údaje povrchových vod Zpracování studií, variantní předrealizační řešení, atp. modelování??role vodoprávního úřadu????závaznost norem?? 5/20/

18 Úpravy na vodních tocích M denní průtoky N leté průtoky 5/20/

19 Úpravy na vodních tocích M denní průtoky (hygienické) N leté průtoky (návrhové bezpečnostní) 5/20/

20 a. 5/20/

21 a pozemkové úpravy Možnost záboru území pro tyto prvky KPÚ významná příležitost implementace těchto opatření (někdy jediná) 5/20/

22 V povodí = mimo tok Součástí širšího posouzení Eroze Cestní síť ÚSES Funkční využití území Zvýšení retence krajiny 5/20/

23 Trocha nutné legislativy Objekty mimo tok nejsou předmětem normy ČSN Hydrologické údaje povrchových vod => Nutno modelovat, navrhovat a dimenzovat 5/20/

24 Nástroje pro návrh Hydrologie Eroze Hydraulika => modelovat danou situaci 5/20/

25 Normy a bezpečnost ČSN Hydrologické údaje povrchových vod ČSN (2014) Posuzování bezpečnosti vodních děl při povodních Metodika TPEO (2014)

26 TPEO Metodika TPEO (2014)

27 Třída Orientační charakteristika Orientační hodnoty střední kvadratické chyby v % Q a Q 30d Q 300d Q 300d Q 364d Q 1 Q 10 Q 20 Q 100 I II III IV Hydrologické údaje zpracované z hodnot dlouhodobě kvalitně pozorovaných přímo v daném profilu nebo v jiném velmi blízkém profilu na témže toku 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. 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. 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

28

29 MODEL VSTUP VÝSTUP DÉŠŤ ODTOK VEGETACE LAND USE PROCES MORFOLOGIE PŮDA EROZE TRANSPORT. 5/20/

30 MODELY POPIS VELIČIN PROSTOROVÉ DĚLENÍ DÉLKA ČASOVÉHO KROKU VELIKOST ŘEŠENÉHO ÚZEMÍ VYUŽITÍ MODELU PROSTOROVÉ DĚLENÍ FYZIKÁLNĚ ZALOŽENÉ CELISTVÉ EPIZODNÍ GLOBÁLNÍ VÝZKUMNÝ JEDNOROZMĚRNÝ KOMBINOVANÉ ČÁSTEČNĚ DĚLENÉ KONTINUÁLNÍ VELKÉ ÚZEMNÍ CELKY APLIKAČNÍ DVOUROZMĚRNÝ EPIRICKÉ GEOMETRICKY DĚLENÉ MALÁ POVODÍ TROJROZMĚRNÝ KONKRÉTNÍ POZEMKY 5/20/

31

32 MODELY? JAKÝ POPIS VELIČIN PROSTOROVÉ DĚLENÍ DÉLKA ČASOVÉHO KROKU VELIKOST ŘEŠENÉHO ÚZEMÍ VYUŽITÍ MODELU PROSTOROVÉ DĚLENÍ MODEL POTŘEBUJI? FYZIKÁLNĚ ZALOŽENÉ KOMBINOVANÉ CELISTVÉ ČÁSTEČNĚ DĚLENÉ EPIZODNÍ KONTINUÁLNÍ GLOBÁLNÍ VELKÉ ÚZEMNÍ CELKY VÝZKUMNÝ APLIKAČNÍ JEDNOROZMĚRNÝ DVOUROZMĚRNÝ EPIRICKÉ GEOMETRICKY DĚLENÉ MALÁ POVODÍ TROJROZMĚRNÝ KONKRÉTNÍ POZEMKY GARBAGE IN GARBAGE OUT 5/20/

33 Typy prvků Odvádím x Akumuluji Průtok Objem Hydraulické Geometrická / posouzení transformační úloha 5/20/

34 Princip návrhu - odváděcí Výpočet kapacity Chézyho rovnice: hydraulická drsnost průlehu / příkopu / údolnice? zemní koryta nebo technické opevnění hydraulické tabulky zatravněné vodní cesty problematické určení, proměnná hodnota Q S 2 1 R 3 i n 1 2 v v kr návrhová [ft 2 s -1 ]

35 Hydrologické modely Viz metodiky Vzorce intenzitního typu SCS CN -> objem odtoku. V kombinaci např. s jednotkovým hydrogramem i hydrogram Q = f(řešené plochy) Fyzikálně založené modely Popis procesů SMODERP WEPP Erosion3D? Metody ČHMÚ GARBAGE IN GARBAGE OUT 5/20/

36 MODEL VSTUP VÝSTUP DÉŠŤ ODTOK VEGETACE LAND USE PROCES MORFOLOGIE PŮDA EROZE TRANSPORT. 5/20/

37 MODELY POPIS VELIČIN PROSTOROVÉ DĚLENÍ DÉLKA ČASOVÉHO KROKU VELIKOST ŘEŠENÉHO ÚZEMÍ VYUŽITÍ MODELU PROSTOROVÉ DĚLENÍ FYZIKÁLNĚ ZALOŽENÉ CELISTVÉ EPIZODNÍ GLOBÁLNÍ VÝZKUMNÝ JEDNOROZMĚRNÝ KOMBINOVANÉ ČÁSTEČNĚ DĚLENÉ KONTINUÁLNÍ VELKÉ ÚZEMNÍ CELKY APLIKAČNÍ DVOUROZMĚRNÝ EPIRICKÉ GEOMETRICKY DĚLENÉ MALÁ POVODÍ TROJROZMĚRNÝ KONKRÉTNÍ POZEMKY 5/20/

38 Návrhové srážky Problematické jejich definování Bezpečnost prvku je definována na pravděpodobnosti výskytu USLE R faktor

39 Doba opakování návrhové srážky > Době opakování návrhového průtok Oboje statistické hodnoty, ale různé veličiny. U fyzikálních veličin 5/20/

40 Dostupná data o srážkách ČR Trupl, 1958 Maximální intenzity návrhových dešťů. Šamaj - Valovič, hodinové návrhové srážky + redukce na kratší časy Vyhodnocení novějších datových řad (ČHMU dostupné ale pouze koupitelné) ČHMU návrhové srážky (denní)/ průtoky 5/20/

41 Návrhové srážky Hydrologické výpočty odvození návrhové srážky z dostupných hydrologických údajů - doba opakování - stanoví příslušná norma podle předmětu ochrany (OP, intravilán ) - běžně 2 10 let doba trvání kritická doba trvání deště je rovna době koncentrace posuzované části povodí, výpočet např. viz metodika k PEO (Janeček, 2007) srážkový úhrn v literatuře dostupné hodnoty maximálních 24-hodinových N-letých úhrnů pro cca 600 srážkoměrných stanic v ČR (Šamaj, 1984), 98 stanic maximálních intenzit, Trupl (1958) přepočet srážkového úhrnu metodou redukce dle doby trvání (z 24h): H t [min] H a t 1 c t, N 1d, N, kde H t,n N-letý úhrn srážky o době trvání t H 1d,N N-letý 24-hodinový úhrn srážky N a, c koeficienty dle metodiky [roky] t doba trvání srážky [min] a c a c Tab.1 Koeficienty pro redukci 24-hodinových úhrnů

42 Současný stav řešení 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 5/20/

43

44 MODEL VSTUP VÝSTUP DÉŠŤ ODTOK VEGETACE LAND USE PROCES MORFOLOGIE PŮDA EROZE TRANSPORT. 5/20/

45 MODELY POPIS VELIČIN PROSTOROVÉ DĚLENÍ DÉLKA ČASOVÉHO KROKU VELIKOST ŘEŠENÉHO ÚZEMÍ VYUŽITÍ MODELU PROSTOROVÉ DĚLENÍ FYZIKÁLNĚ ZALOŽENÉ CELISTVÉ EPIZODNÍ GLOBÁLNÍ VÝZKUMNÝ JEDNOROZMĚRNÝ KOMBINOVANÉ ČÁSTEČNĚ DĚLENÉ KONTINUÁLNÍ VELKÉ ÚZEMNÍ CELKY APLIKAČNÍ DVOUROZMĚRNÝ EPIRICKÉ GEOMETRICKY DĚLENÉ MALÁ POVODÍ TROJROZMĚRNÝ KONKRÉTNÍ POZEMKY 5/20/

46 Datové zdroje - půda Fyzikální vlastnosti půd KPP (1: ) převodní kód pro půdní druhy KPP zrnitost (1:50 000) zatřídění půdy a podorničí (VÚMOP) Hydrologické skupiny půd (převodní tabulka BPEJ), Janeček, 2012 Průzkum, vlastní vzorkování 5/20/

47 Datové zdroje Vegetace/Land Use ZABAGED CORINE LAND COVER DPZ Snímkování povrchu LPIS detailně na zemědělské půdě => osevní postupy ÚHUL les, stav, růstové fáze, hospodářské plány,

48 MODEL VSTUP VÝSTUP DÉŠŤ ODTOK VEGETACE LAND USE PROCES MORFOLOGIE PŮDA EROZE TRANSPORT. 5/20/

49 MODELY POPIS VELIČIN PROSTOROVÉ DĚLENÍ DÉLKA ČASOVÉHO KROKU VELIKOST ŘEŠENÉHO ÚZEMÍ VYUŽITÍ MODELU PROSTOROVÉ DĚLENÍ FYZIKÁLNĚ ZALOŽENÉ CELISTVÉ EPIZODNÍ GLOBÁLNÍ VÝZKUMNÝ JEDNOROZMĚRNÝ KOMBINOVANÉ ČÁSTEČNĚ DĚLENÉ KONTINUÁLNÍ VELKÉ ÚZEMNÍ CELKY APLIKAČNÍ DVOUROZMĚRNÝ EPIRICKÉ GEOMETRICKY DĚLENÉ MALÁ POVODÍ TROJROZMĚRNÝ KONKRÉTNÍ POZEMKY 5/20/

50 MODELY POPIS VELIČIN PROSTOROVÉ DĚLENÍ DÉLKA ČASOVÉHO KROKU VELIKOST ŘEŠENÉHO ÚZEMÍ VYUŽITÍ MODELU PROSTOROVÉ DĚLENÍ FYZIKÁLNĚ ZALOŽENÉ CELISTVÉ EPIZODNÍ GLOBÁLNÍ VÝZKUMNÝ JEDNOROZMĚRNÝ KOMBINOVANÉ ČÁSTEČNĚ DĚLENÉ KONTINUÁLNÍ VELKÉ ÚZEMNÍ CELKY APLIKAČNÍ DVOUROZMĚRNÝ EPIRICKÉ GEOMETRICKY DĚLENÉ MALÁ POVODÍ TROJROZMĚRNÝ KONKRÉTNÍ POZEMKY 5/20/

51 MODELY? JAKÝ POPIS VELIČIN PROSTOROVÉ DĚLENÍ DÉLKA ČASOVÉHO KROKU VELIKOST ŘEŠENÉHO ÚZEMÍ VYUŽITÍ MODELU PROSTOROVÉ DĚLENÍ MODEL POTŘEBUJI? FYZIKÁLNĚ ZALOŽENÉ KOMBINOVANÉ CELISTVÉ ČÁSTEČNĚ DĚLENÉ EPIZODNÍ KONTINUÁLNÍ GLOBÁLNÍ VELKÉ ÚZEMNÍ CELKY VÝZKUMNÝ APLIKAČNÍ JEDNOROZMĚRNÝ DVOUROZMĚRNÝ EPIRICKÉ GEOMETRICKY DĚLENÉ MALÁ POVODÍ TROJROZMĚRNÝ KONKRÉTNÍ POZEMKY GARBAGE IN GARBAGE OUT 5/20/

52 Hydrologické modely Vzorce intenzitního typu SCS CN -> objem odtoku. V kombinaci např. s jednotkovým hydrogramem i hydrogram Fyzikálně založené modely Popis procesů SMODERP WEPP Erosion3D 5/20/

53 Intenzitní vzorec - spočívá v redukci srážkové intenzity odtokovým součinitelem Q = o i. i N. P, kde Q N-letý návrhový průtok (m 3 s -1 ) o i...odtokový součinitel (-) i N náhradní intenzita návrhové srážky (ms -1 ) získána vztažením úhrnu návrhové srážky na dobu trvání P plocha povodí (m 2 ) - odtokový součinitel podle různých autorů, např. dle O.Härtela: o i = o 1. o 2. o 3. o 4, kde o 1 součinitel vlivu délky údolí zasaženého deštěm o 2 součinitel vlivu zalesnění o 3 součinitel sklonitosti území o 4 součinitel vlivu propustnosti půdy

54 Intenzitní vzorec - odtokový součinitel podle různých autorů, např. dle O.Härtela o 1 - pro elementární odtokové plochy uvažujeme hodnotu 1,0 Stupeň zalesnění spádové plochy 100% 75% 50% 25% 0% o 2 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 Průměrný sklon odtokové dráhy 5% 10% 20% 30% o 3 0,40 0,57 0,80 1,0 o 4 - součinitel vlivu propustnosti půdy např dle M.Čermáka: Typ půdy z hlediska propustnosti o 4 Velmi prospustná (pískovce vnějšího flyše, hnědé půdy, zadrnované písky a štěrky, černozem s pískem) 0,45 Propustná (písky, písčité slínovce, vápnité černozemě, hnědé hlinitopísčité půdy 0,65 Méně propustná (písky, písčité větrající horniny, písky a štěrky teras, váté písky, šedé lesní půdy, hlinité šedé půdy) 0,80 Nepropustná (rašeliny, slatiny, horské louky, horniny, krystalické jíly a spraše, zbahnělá půda a močály) 0,95

55 METODA CN výpočet objemu efektivní srážky metodou SCS CN (CN křivky) 1) Výpočet maximální potenciální retence A ,4 10 [ mm] CN 2) Výpočet efektivní srážkové výšky H e a H Ia H I 2 A [ mm]; platí pro H 3) Výpočet objemu efektivní srážky výpočet z efektivní srážkové výšky a rozlohy sběrné oblasti kde CN průměrné číslo odtokové křivky území I a kde H srážková výška [mm] I a počáteční ztráta intercepcí a povrch.retencí volíme hodnotu rovnou I a =0,2. A

56 FAKULTA STAVEBNÍ ČVUT V PRAZE KATEDRA HYDROMELIORACÍ A KRAJINNÉHO INŽENÝRSTVÍ SMODERP Simulační model povrchového odtoku a erozního procesu Petr Kavka, Karel Vrána

57 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 5/20/

58 Využití 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 5/20/

59 Výška hladiny v elementu Základní vztahy Bilanční rovnice Infiltrace Efektivní srážka H i,t = H i-1,t + ES + O i,t i-1,t-1 - O i,t - Inf i,t Přítok (Odtok z předchozího elementu v čase t-1 ) Výška hladiny v předchozím časovém kroku Odtok 5/20/

60 Základní vztahy Kinematická vlna q i,t = [10l.s -1 ] ah b [cm] a = x y Průtok Výška hladiny a b parametr závislý na půdním typu a sklonu parametr závislý na půdním typu 5/20/

61 Historie 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/ 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) verze rekalibrace odtokových parametrů, distribuovaný přístup výpočtu D (3D) verze modelu rekalibrace odtokových parametrů a vnitřních proměnných na SI 5/20/

62 SMODERP 1D Morfologie geometrie svahu (profilová metoda) Fyzikální vlastnosti půd součinitel hydraulické vodivosti sorptivita (počáteční vlhkost) Vliv vegetace Srážka potenciální intercepce poměrná plocha listová povrchová drsnost návrhová epizodní srážka dané doby opakování

63 5/20/

64 Návrh odváděcích prvků Vzorová oblast Oblast Šířka svahu 520 [m] Typ svahu Jednoduchý Srážková stanice Česká Republika / Návrhová srážka / 5 let Vzdálenost přerušení od počátku Vzdálenost přerušení dílčí Maximální výška hladiny Max. průtok celkový odtok [m] [m] [mm] [l.s -1 ) (l) /20/

65 1D model 5/20/

66 1D model 5/20/

67 Smoderp 2DFormou Python skriptu pro ArcGIS Oddělený výpočet plošného odtoku a soustředěného odtoku v rýhách Dynamický časový krok Jednosměrný / vícesměrný výpočet směrů odtoku 5/20/

68 MODEL VSTUP PROCES VÝSTUP DÉŠŤ Q (m 3 /s) V (m 3 ) VEGETACE NÁVRH OPATŘENÍ MORFOLOGIE PŮDA 5/20/

69 Odváděcí Příkop Průleh Zatravněná údolnice Polní cesta s protierozní funkcí Propustky a křížení Konkrétní prvky Zasakovací Příkop Průleh Suché nádrže& Poldery 5/20/