Návrhové srážky pro potřeby hydrologického modelování

Transkript

1 pro potřeby hydrologického modelování Petr Kavka, Luděk Strouhal, Miroslav Müller et al.

2 Motivace - legislativa Objekty mimo tok nejsou předmětem normy ČSN Hydrologické údaje povrchových vod => Nutno modelovat, navrhovat a dimenzovat TNV - úpravy potoků do 5 km 2 možnost modelovat Technická protierozní opatření, drobné úpravy v krajině, cestní síť.to vše vyžaduje návrh Relativně velké množství drobných staveb 6/13/2019 2

3 Vliv variability krátkodobých srážek a následného odtoku v malých povodích České republiky na hospodaření s vodou v krajině Doba řešení

4 Motivace Krátkodobé intenzivní srážky mají široké použití ve vodohospodářské praxi a hydrologickém modelování: kulminační průtoky, objemy odtoku, NPV v nepozorovaných profilech a v ploše povodí (protierozní ochrana, PÚ, MVN, suché nádrže ) Znalostní deficit - extrémní variabilita v čase i prostoru, často nutná variantní řešení Deficit aktuálních a efektivně dostupných dat

5 Historický exkurz dostupná data Trupl (1958) Intenzity krátkodobých dešťů v povodích Labe, Odry a Moravy o Náhradní (průměrné) maximální intenzity deště za různě dlouhý časový interval o 98 stanic na českém území o Délka pozorování 8 48 let, v průměru 17,5 roku o Údaje neříkají nic o vnitřním průběhu intenzit deště ani předchozích či následných úhrnech periodicita H 60min max H 120min max 7

6 Historický exkurz dostupná data Trupl (1958) Intenzity krátkodobých dešťů v povodích Labe, Odry a Moravy Šamaj, Valovič, Brázdil (1985) Denné úhrny zrážok s mimoriadnou výdatnosťou v ČSSR v období o Denní (24hodinové) maximální úhrny s dobou opakování let o 579 stanic na českém území, problematická lokalizace (zrušené stanice, přesuny, chybné souřadnice ) 8

7 Historický exkurz dostupná data Trupl (1958) Intenzity krátkodobých dešťů v povodích Labe, Odry a Moravy Šamaj, Valovič, Brázdil (1985) Denné úhrny zrážok s mimoriadnou výdatnosťou v ČSSR v období Hrádek, Kovář (1994) Výpočet náhradních intenzit přívalových dešťů metoda redukce 1-denních maximálních srážkových úhrnů o o o o o o krátká doba pozorování v Truplově práci neaktuálnost dat jak Truplových náhradních intenzit, tak Šamajových denních úhrnů koeficienty redukce v Hrádkově metodě odvozeny pouze pro povodí Labe nerozlišování met. příčin vzniku intenzivních srážek frontální/konvektivní, orografické efekty součástí DOST a potažmo metodik, implementováno do hydrologických modelů (DesQ-MaxQ) nízký uživatelský komfort (lokalizace stanice, variantní výpočty redukce atd. 9

8 Historický exkurz dostupná data Maximální denní úhrny rastr ČHMÚ (2004) Revize a doplnění Šamajových dat data ze stanic interpolovaná do rastru 1 km se zahrnutím orografie. Významné změny od původních Šamajových dat Maximální denní úhrny (Šamaj 1986) interpolace (ČVUT 2016) Digitalizace původních bodových dat Řízená prostorová interpolace Snadná dostupnost

9 Historický exkurz dostupná data Typické 24 h hyetogramy pro H100 dle ČHMÚ (2004) Republika rozdělena do 4 oblastí, pro každou definován 1 typický hyetogram Hyetogramy o časovém kroku 1 hodina Rozložení intenzit vychází z Truplových dat neaktuální a málo spolehlivá data

10 Nové návrhové hyetogramy (2017) Zdrojová data Radarová data (10/15 min krok) Denní úhrny srážkoměry Metoda adjustace radarových dat pozemním měřením Bližňák, V., Kašpar, M., Müller, M.: Radar-based summer precipitation climatology of the Czech Republic. Int. J. Climatol.

11 Adjustace radarových měření Müller, M. et al. (2017): Určení variant srážkových epizod v závislosti na průběhu jejich intenzit Sokol, Stud. Geophys. Geod.,

12 Nové návrhové hyetogramy 39 uzlových bodů 50 největších událostí Celkem 1950 událostí >10 mm / 6h Analýza srážkových oken (24 až 0.5 h) Volba časového okna 6 hodin

13 Nové návrhové hyetogramy Popis všech událostí třemi indexy koncentrace Shluková analýza dle těchto indexů Vznik 6 shluků C6 = 2(R3 / R6 0,5) C3,2 = R1,5 /R3 + R1 /R2 1 C1 = 2(R0,5 /R1 0,5)

14 Nové návrhové hyetogramy F E D C B A Müller, M. et al. (2017): Určení variant srážkových epizod v závislosti na průběhu jejich intenzit

15 n největších událostí Variabilita výskytu typických průběhů srážek Zastoupení typů průběhů srážky závisí obecně na nadmořské výšce a na době opakování srážkového úhrnu.

16

17

18

19

20

21 Data snadno a rychle: rain.fsv.cvut.cz

22 Data snadno a rychle: rain.fsv.cvut.cz

23 Data snadno a rychle: rain.fsv.cvut.cz

24 Podrobnosti naleznete zde Bližňák, V., Kašpar, M., Müller, M.: 2018, Radar-based summer precipitation climatology of the Czech Republic. Int. J. Climatol. Müller, M., Bližňák, V., Kašpar, M., 2018: Analysis of rainfall time structures on a scale of hours. Atmos. Res., 211, DOI: VTEI 2018 soubor tří článků

25 Hydrologické modely využívané v ČR 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 6/13/

26 Nejistoty v hydrologickém modelování <=> nejistota v bezpečnosti vodní stavby

27 Odezva vybraných hydr. modelů na typické průběhy srážek Hodnocení nejistot v procesu srážko-odtokového modelování Ukazuje se klíčová role infiltračních charakteristik půd, dále významný průběh srážky a počáteční podmínky. Různé efekty pro různé doby opakování.

28 Návrh opatření Propustek Qn t Q max [m 3 /s] Dmin [m] DN [m] cena za 10m [Kč]

29 Výchozí předpoklad navrhování Doba opakování návrhové srážky =??realita?? Době opakování návrhového průtok

30 Doba opakování návrhové srážky = realita!!!! Době opakování návrhového průtok Oboje statistické hodnoty, ale různé veličiny + je těžké stanovit stav povodí při reálné srážce Přesto se předpokládá že nletá srážka vyvolá nletý průtok??? Nastavení modelu, okrajových a vstupních dat???

31 Analýza stavů předchozího nasycení Studovány úhrny v době 6 hodin 5 dní před výskytem intenzivních událostí typů A-F a doby opakování N let a vztaženy k dlouhodobému normálu Relativní průměrná velikost (%) pětidenních úhrnů před návrhovými srážkovými epizodami šesti tvarů pro různé intervaly doby opakování, vztažená k normálu pětidenních úhrnů za měsíce květen až září. Žlutě jsou vyznačeny hodnoty blízké 100 % normálu, červeně hodnoty silně nadnormální.

32 Předchozí nasycenost a návrhové srážkové intenzity jako faktory odtokové odezvy na malých povodích

33 Navazující projekt Aktualizace srážkových dat Výzkum stavů povodí přecházející srážkovým událostem Analýza dat na povodí 5 km2 Hydrologické modelování Sledování vlhkostí na povodí

34

35 Atlas HYDROLOGIE Cíl projektu: v prostředí Atlas kromě výpočtu eroze určit i hodnoty pro návrh opatření Základem metoda SCS-CN, UH hydrogram, fyzikální přístup stanovení odtoku Očekává se propojení s návrhovými srážkami (rain.fsv.cvut.cz) Propojení se stávajícím produktem Atlas EROZE

36 ČVUT v Praze Ústav fyziky atmosféry AV ČR SWECO Hydroprojet a.s. Petr Kavka, Miloslav Muller, Martin Pavel, Luděk Strouhal, Martin Landa, Jiří Cajthaml, Lenka Weyskrabová, Karel Vlasák, Marek Kašpar, Vojtěch Bližňák S podporou Ministerstva zemědělství - NAZV KUS rain.fsv.cvut.cz petr.kavka@fsv.cvut.cz