Bleskové povodně Návrh metodiky stanovení stupně ohrožení území a koncepce řešení v rámci systému FLOREON + Jan Unucka, Jan Martinovič a kolektiv

Transkript

1 Bleskové povodně Návrh metodiky stanovení stupně ohrožení území a koncepce řešení v rámci systému FLOREON + Jan Unucka, Jan Martinovič a kolektiv

2 FLOREON + FLOREON+ (FLOod REcognition on the Net) Projekt je zaměřen na vývoj integrovaného systému pro monitorování, modelování, predikci a podporu řešení krizových situací Vyvíjený systém umožňuje díky své modularitě a otevřenosti snadné doplňování o nové oblasti simulací pro potřeby krizového řízení Požadované vlastnosti systému Srozumitelná grafická informace dostupná všem Otevřená modulární architektura Aktuálnost informace Webové stránky projektu: Projekt vznikl za podpory Moravskoslezského kraje

3 VODA Vyvíjené moduly systému Podpora krizového řízení v oblasti povodňové problematiky Rozšířenímožnostípredikcíoproti hlásné a předpovědní povodňové službě (HPPS) ČR (Geo)grafická prezentace prognóz V řešení je problematika přívalových srážek a predikce vývoje bleskových povodní KVALITA ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ Krátkodobé předpovědi vývoje kvality ovzduší Predikce vývoje smogových a inverzních situací V řešení je simulace a predikce úniku kontaminantů do ovzduší a vodních toků DOPRAVA Sledování vývoje dopravní situace během krizových událostí V řešení je problematika predikce dopravních omezení v případě krizových událostí

4 Architektura systému Floreon+

5 Problematika Voda

6 Srážkoodtokový (s o) proces

7 Napojení modelů a GIS 1/2 GIS analýza a schematizace povodí HYDROLOGICKÉ MODELY Srážkoodtokové modely VÝSTUPY Hydrogramy interpolace hydrometeorologických dat apod. Hydrodynamické modely Hladiny, rozlivy atd.

8 Napojení modelů a GIS 2/2 GIS postprocesing

9 Obecné schéma výpočtu měření S O model HD model předpověď

10

11 Problematika doprava Další systémy využívající získaná data a informace Zařízení poskytovatelů dat, která zpracovávají data od vozidel a poskytují je dále Zpracování dat z různých zdrojů Datová úložiště obsahující agregovaná data a další zpracované informace Skutečná vozidla vybavená GPS a datovou konektivitou

12 Kombinace Voda a Doprava

13 Přívalová srážka a blesková povodeň Letní povodně způsobené krátkodobými srážkami velké intenzity (často přes 100 mm za několik málo hodin) zasahují poměrně malá území, mohou se vyskytovat kdekoli na malých tocích, katastrofální důsledky mají zejména na sklonitých povodích vějířovitého tvaru (existuje tedy částečná terénní predispozice) Vysoká intenzita deště rychle překročí infiltrační kapacitu půdy a dochází k povrchovému odtoku i mimo koryta toků. Vše se děje v krátkém časovém horizontu, proto se vžil termín blesková povodeň angl. flash flood Příklady: červen 1987 Dřevnice a Vsetínská Bečva, červen 1995 Litavka, červen 1996 povodí Opavy na Bruntálsku, červenec 1998 Dědina a Bělá na Rychnovsku, srpen 2005 Olše, červen 2009 Luha a Jičínka, červen 2010 Kamenice, srpen 2010 Smědá, Ploučnice, Svitávka, Řásnice, Lužická Nisa.

14 Problémy ve vztahu k prognóze 1. Výskyt přívalových srážek a bleskových povodní lze očekávat a zkušenosti z roku 2010 to jen potvrzují 2. Na úrovni numerických atmosférických modelů nelze přívalovou srážku dosud uspokojivě předpovědět 3. Tyto modely mají pro tento fenomén stále příliš hrubé rozlišení (nutnost downscalingu) 4. Přívalové srážky se i obtížně měřípozemnístaniční sítí 5. Standardními semidistribuovanými srážkoodtokovými modely typu HYDROG, AquaLog, NAM ani nelze povodně z přívalových srážek předpovídat

15 Numerické předpovědní modely Procesy menšího měřítka než je krok sítě nelze přesně modelovat (mikrofyzikální procesy v oblacích, tvorba srážek, radiační, turbulentní děje, orografie), proto je parametrizujme ( řešíme zjednodušeným způsobem ), což je důvod pro nepřesnou předpověď

16 Lokální varovné systémy 1. Například Olešnice v Orlických horách 2. Metoda napojení senzorické sítě (srážky, vodní stav) na varovné hlásiče a komunikační systémy (výstražné sms apod.) 3. Výhody přímé napojení na lokální orgány, psychologický efekt pro místní obyvatele 4. Nevýhody pouze malý územní rozsah, nemožnost pokrytí větších územních celků (principielně, náklady na zřízení a provoz apod.), pozemní sběr dat pokud přívalová srážka spadne a odteče mimo senzorickou síť, zůstává nepodchycena 5. Fungují pouze na základě měření již probíhající hydrometeorologické situace, tzn. odpadá časová rezerva vzniklávčasnou predikcí

17 Proč vyžívat GIS a hydrologické modely Situace ve 12:00 UTC

18

19 Životice u Nového Jičína, 7/2009. Foto: T. Kohout Kytín Foto: F. Schiffauer

20

21 Splach erodované hrabanky po krátkém dešti, Ústí nad Labem 7/2007 Povrchový odtok z polí, povodí Kamenice 6/2009

22

23

24 Základní principy zvoleného řešení 1. Škálovatelnost celého řešení (časová, prostorová, kvalitativní) 2. Rychlost díky využití HPC a superpočítače (IT4Innovations) 3. Modularita (každý model i GIS nástroj je pouze modulem, lze tedy operativně provádět náhrady v případě výpadku konkrétního modelu a také paralelní výpočty) 4. Přenositelnost (systém není územně vázán na konkrétní povodí, jediným limitem je dostupnost dat) 5. Výstupy formou geodat

25 Prostorová škálovatelnost

26 Časová škálovatelnost Upozornění h Varování2 12 h Alarm 0.5 2h

27

28 Rámcové schéma řešení Prostorové GIS analýzy zájmového území (ArcGIS, GRASS, SAGA) GIS analýzy srážkového pole Simulace v modelech SIMWE, TOPMODEL Statické GIS vrstvy zranitelnosti území Operativní GIS vrstvy zranitelnosti území vůči flash flood Simulace v modelech MIKE SHE, MIKE 11, MIKE FLOOD simulace v modelech SHALSTAB, SINMAP, RAMMS Předpověď Q a rozlivů Výběr sledovaných profilů HYDROG Operativní GIS vrstvy zr. území vůči zrychlené erozi a sesuvné aktivitě

29 Využití HPC HPC server

30 Testy v extrémním reliéfu Modely SIMWE a TOPMODEL jsou implementace hydrologických modelů v GRASS GIS. Výpočet je ve srovnání s ostatními prostředky GIS a numerických modelů enormně rychlý a platformně nezávislý OS Windows, UNIX/Linux.

31 Výsledky GIS analýz GRASS GIS

32 Výsledky simulací MIKE SHE

33 Výsledky MIKE 11 GIS

34 Výsledky simulací MIKE SHE povrchový odtok

35 Sázava: po

36 Výsledky simulací fluviální eroze

37 Výsledky modelování svahových pohybů

38 Implementace v modulárním systému Výstupy modelů a GIS analýz Měřené hodnoty Q, reálně zasažené oblasti Genetické algoritmy Webové služby Úpravy parametrů modelů a GIS preprocesingu Simulace MIKE, HYDROG, HEC atd. Aktualizace statických a operativních GIS vrstev zranitelnosti území Produkce GIS vrstev

39 Užitečné odkazy: FLOREON+: Flash Flood Guidance: FAS2/FAS3 projekt: alert.org/#home:home ArcHydro, aplikace na Floridě: md_weather/pg_sfwmd_weather_realtime NOAA Advanced Hydrologic Prediction Service:

40 děkuji za pozornost Smědá pod Frýdlantem, Foto: V. Fárek Kontakt: