Studie zvláštní povodně na VD Lučina

Transkript

1 Studie zvláštní povodně na VD Lučina Obsah: Zadání studie... 2 Podklady... 2 Geodetické zaměření... 3 Staničení... 3 Postup výpočtu, výpočetní model... 3 Příčné profily... 3 Drsnosti... 4 Okrajové a počáteční podmínky... 4 Použitý software... 4 Výsledky výpočtů... 5 VARIANTA VARIANTA Stanovení území ohroženého zvláštní povodní... 8 Výstupy... 9 Tištěné výstupy... 9 Digitální výstupy... 9 Obsah CD... 9 Přílohy: Psaný podélný profil s postupovými dobami Evidenční listy výpočtových profilů Vodní díla TBD a.s., parametry zvláštní povodně popis variant 1 a 2 Samostatná příloha: Mapy se zákresem území ohroženého zvláštní povodní (var.1, var.2) formát A3 měř. 1: V Praze dne 20. září 2005 Ing. Ivan Blažek jednatel - 1 -

2 Základní identifikační údaje Název projektu: Studie zvláštní povodně z VD Lučina Objednatel: Zhotovitel: Povodí Vltavy s.p. Holečkova 8, Praha 5 Hydrosoft Veleslavín s.r.o. U Sadu 13, Praha 6 Úvod Studie byla zpracována společností Hydrosoft Veleslavín v období leden až září Základním podkladem pro zpracování studie bylo geodetické zaměření na Mži, které se skládalo ze tří samostatných úseků, od různých zpracovatelů z různého časového období. Po dohodě s objednatelem byla za dolní okrajovou stanovena hráz VD Hrachlusky a to s následujícími předpoklady. Na VD Hracholusky budou otevřeny všechny výpusti a celková konzumční křivka bude součtem těchto křivek s bezpečnostní přelivy. Současně při zpracování studie přibyla další otázka, zda dojde v některé z variant k přelití a havárii na VD Hracholusky. Při přelití hráze VD Hracholusky na kótu 358,98 m n.m. (koruna hráze 358,90) po dobu delší než 15 minut, dochází dle Parametrů zvláštních povodní na VD Hracholusky k vymílání vzdušního svahu hráze a v dalších cca 180 minutách dochází k postupné destrukci hráze VD Hracholusky. Tomuto stavu lze částečně zabránit provizorním mobilním zahrázováním zavázání obou břehů hráze na kótu vlnolamu 360,25 m n.m. S tímto provizorním řešením výpočet dále počítá. I přes provizorně vybudovaná opatření na koruně hráze může dojít k havárii při hladinách mezi 359,98 m n.n. až 360,25 m n.m. Výpočet samotný nebyl ukončen po dosažení těchto hodnot a pro výpočet je předpokládáno přelití vlnolamu bez destrukce hráze, hodnoty jsou však ve výsledcích označeny jako podmíněně platné a po přelití vlnolamu jako neplatné. Výpočet následné havárie VD Hracholusky nebyl předmětem zadání. Zadání studie Studie zvláštní povodně z VD Lučina. V rámci zpracování Studie bude vymezeno území ohrožené zvláštní povodní a to od profilu hráze VD Lučina (ř.km Mže) až do transformace rozlivu povodňové vlny zvláštní povodně pod hranici záplavového území vymezeného Q 100 nebo k hrázi VD Hracholusky. V rámci zpracování Studie bude vytvořen hydrodynamický jednorozměrný model zájmového území, na němž budou simulovány dvě povodňové vlny. Parametry obou povodňových vln byly stanoveny ve studii VD Lučina Parametry zvláštní povodně, Vodní díla TBD a.s., září 2000 (VD/ ). Vlastní stanovení území ohroženého zvláštní povodní bude provedeno ve shodě se zákonem č.254/2001 Sb., o vodách a dle metodického pokynu ZP11/2000 MŽP k vyhlášce č.100/1999 Sb. Podklady Pro zpracování studie byly předány objednatelem následující podklady: hydrogram obou povodňových stavů od společnosti Vodní díla TBD a.s. rastrová mapa Zabaged 1: pro celé zájmové území vektorové vrstevnice Zabaged 1: pro celé zájmové území geodetické zaměření toku Mže v VD Lučina až Oldřichov, cca 10 km (TPE GEOPLAN, příčné profily, objekty, podélný profil) geodetické zaměření toku Mže v úseku Oldřichov - Milíkov, cca 36 km (TPE GEFOS příčné profily, objekty, podélný profil) geodetické zaměření toku Mže v úseku Milíkov VD Hracholusky, cca 25 km (Digitální model terénu 2002) Hydrologické údaje na Mži byly použity z internetových stránek ČHMÚ, pro potřeby studie zvláštní povodně byl jejich rozsah dostatečný

3 Geodetické zaměření Všechny kóty nadmořských výšek uvedené ve studii jsou v systému BPV. Geodetické podklady byly při zpracování studie poměrně různorodé. Pravděpodobně nejkvalitnějším podkladem bylo zaměření v úseku VD Lučina až Oldřichov, cca 10 km od společnosti GEOPLAN. V dolním úseku v oblasti Stříbra vycházely příčné a údolní profily z DMT (digitálního modelu terénu). Problémem tohoto zaměření bylo to, že nebylo zaměřeno vlastní koryto toku. Z tohoto důvodu bylo na celém úseku dodatečně doměřeno společností GEFOS několik objektů včetně koryta. Toto koryto pak bylo použito pro modelové prohloubení údolních profilů a vytvoření trati s odpovídající průtočnou plochou příčného profilu. Pro potřeby výpočtů zvláštní povodně je tento postup dostatečný. Staničení Po dohodě s objednatelem, vzhledem k různorodosti geodetických podkladů a z toho vyplývajícího nejednoznačného staničení bylo rozhodnuto provést nad mapou Zabaged 1:10000 digitalizaci osy toku a provedení nového staničení takto digitalizované osy. Za základ staničení pro výpočet bylo použito staničení hráze VD Lučina ř.km 96,350. Tato hodnota byla předána objednatelem. Dále byla použita kilometráž ř.km z vodohospodářské mapy 1:50 000, která byla vynesena do mapy a všechny objekty na toku byly vztaženy k této kilometráži. V psaném podélném profilu jsou uvedeny obě hodnoty, tedy ř.km z TPE i výpočtové staničení. V evidenčních listech příčných profilů a mapovém podkladu je použita kilometráž z vodohospodářské mapy. Postup výpočtu, výpočetní model Výpočty probíhaly následujícím způsobem: 1) průzkum v terénu, foto a videodokumentace, zpracování všech podkladů v GIS 2) sestavení příčných profilů ze zaměřených profilů, objektů a vrstevnic v místech údolních profilů 3) příprava počátečních a okrajových podmínek 4) určení drsností a sestavení výpočetního modelu 5) výpočty varianty 1 s různými drsnostmi, kalibrace modelu a posouzení citlivosti modelu na drsnosti a okrajové podmínky. Výpočty probíhaly v programu MIKE11. 6) výpočet konečné varianty 1 7) úprava modelu pro variantu 2 8) výpočet konečné varianty 2 9) sestavení psaného podélného profilu varianty 1 a 2 10) vymezení území ohroženého zvláštní povodní vynesení záplavových čar var.1 a var.2 11) převedení tabelárních výsledků i záplavových čar do GIS, zpracování tiskových výstupů 12) zpracování CD se všemi podklady i výsledky Příčné profily Při tvorbě příčných (údolních) profilů byl postupováno následovně. Nejprve byla zpracována celá výpočtová trať z dodaného geodetického zaměření. Zaměřené profily však byly pro potřeby ZP krátké. Proto bylo použito vektorových vrstevnic a nástrojů GIS tak, aby v místech zaměřených profilů vzniky široké údolní profily nařezané z vektorových vrstevnic. Oba dva podklady se pak propojily, vyčistily a vytvořily vlastní výpočtovou trať. Objekty Pro zpracování modelu bylo použito všech zaměřených objektů a to následovně. Jezy byly jako objekty ignorovány, ale v modelu byl vždy použit horní profil jezu jako údolní profil. Všechny zaměřené mosty byly též použity jako profily tak, že byla odstraněna mostovka, zachovány byly pilíře a zemní těleso násypů

4 Drsnosti Vzhledem k charakteru studie, tedy zcela extrémnímu proudění byly použity drsnosti jako globální pro celé úseky toku. Drsnosti tedy nebyly posuzovány jednotlivě napříč příčnými profily. Drsnostní součinitel byl navržen dle Manninga 0,09 a to v celé délce toku. V nádrži VD Hracholusky byla drsnost hladiny stanovena na 0,04. Okrajové a počáteční podmínky Vstupní okrajové podmínky na Mži byly pro obě varianty řešení předány jako vstupní podklady. 1) průtoková vlna zvláštní povodně z VD Lučina s parametry Q ZPV a W ZPV (typ 1, varianta 1., Q ZPV = m 3 /s, W ZPV = 6,7 mil. m 3 ), 2) průtoková vlna zvláštní povodně z VD Lučina s parametry Q ZPV a W ZPV (typ 1, varianta 2., Q ZPV = m 3 /s, W ZPV = 3,9 mil. m 3 ). Hodnoty průtoků pro okrajové podmínky na přítocích byly použity z internetových stránek ČHMÚ. Jednotlivé varianty průtoků na přítocích do nádrže jsou definovány v parametrech zvláštní povodně od Vodní díla - TBD a.s. (viz. příloha) Hlásný profil Q100 Q delta Q100 na přítocích (varianta 1) Qa (průměrný roční průtok) (varianta 2) VD Lučina 61,3 180,0 1,09 Kočov 99,0 217,7 2,23 Stříbro 255,0 373,7 6,69 Dolní okrajovou podmínkou je konzumční křivka VD Hracholusky, která pro potřeby této studie vznikla součtem následujících křivek: a) Konzumční křivka šachtového bezpečnostního přelivu b) Konzumční křivka bezpečnostního přelivu hrazeného klapkou c) Konzumční křivka spodní výpusti d) Konzumční křivka přepadu přes korunu hráze Limitní mi hodnotami této výsledné křivky jsou pak kóta 358,90 m n.m., koruna hráze na které začíná předpokládané provizorní přehrazení části hráze na horní hranu vlnolamu, tj. kótu 360,25 m n.m. Druhým limitním bodem je právě horní hrana vlnolamu, při jehož přelití dojde k destrukci hráze. Křivky a) c) byly předány objednatelem. Extrapolace křivek na kótu 360,25 m n.m., křivka d) a celková součtová křivka byly součástí výpočtů na studii. Hodnoty konzumční křivky jsou uvedeny v příloze. Počáteční hladina v nádrži VD Hracholusky pro variantu 1 byla počítána na kótě 356,70 m n.m., pro variantu 2 na kótě 353,50 m n.m. Použitý software Při zpracování byly použity následující programy: SW pro přípravu data a GIS MicroStation MapInfo WebMap SW pro hydrotechnické výpočty Hydrocheck 1, ustálené nerovnoměrné proudění příprava trati, tvorba měrných křivek, kontrolní výpočty hladin pro různé průtokové stavy MIKE11, neustálené proudění vlastní výpočty Pomocný kancelářský SW MS Word MS Excel - 4 -

5 Výsledky výpočtů Výsledky výpočtů jsou podrobně rozepsány v tabulce psaného podélného profilu, ze které jsou patrné všechny důležité parametry, doběhové doby, maximální dosažené průtoky a hladiny. Všechny časy jsou vztažené k času T 0:00 hydrogramu povodně kdy je zřejmé, že dochází k poruše. Čas začátku vlny je čas, ve kterém stoupne hladina v toku o 1 metr, tedy změny průtoků jsou jasně viditelné. Výsledky výpočtů v hlásných profilech hydrologické sítě ČHMÚ a na významných místech modelu (soutoky vodních toků) VARIANTA 1 Havárie erozí hráze při jejím přelití v kombinaci s maximálním zatížením přehrady hydrologickou povodní PV profil začátek vlny čas kulminace hladina průtok hloubka VD Lučina PT29 1:13 1:13 522, ,0 Tachov - most pod zámkem PT12 1:31 1:43 485, ,4 Kočov - most M05 2:47 3:48 454, ,0 Josefova huť M13 3:30 4:49 432, ,1 Svojšín - most M32 5:18 7:01 392, ,8 Milíkov - most M34 6:16 8:22 381, ,0 Stříbro silniční most PS11 7:10 9:23 365, ,0 Hráz VD Hracholusky PS44 10:02 15:29 360, Horní úsek - VD Lučina až město Tachov Průběh povodně bude vzhledem k morfologii terénu nejničivější v horní části toku, tedy mezi přehradou a městem Tachov. Přes vysoký sklon a sevřené údolí je transformace relativně velká. Kulminační průtok se v tomto úseku sníží na polovinu, tedy z 5700 na 3000 m3/s. Průběh povodně je zde velmi rychlý a hloubky vody převyšující 7-12 m. Střední celoprofilové rychlosti vody se v tomto úseku pohybují kolem 5 9 m/s. Úsek Tachov až soutěska pod Kočovem Pod Tachovem se mění charakter toku, údolní niva se rozšiřuje a podélný sklon je mírnější. Právě v tomto úseku mezi Tachovem a Kočovem dochází k největší transformaci ze 3000 na 1100 m3/s. Postup povodňové vlny se zpomalí a hloubky vody klesnou na cca 6-8 m. Střední celoprofilové rychlosti vody se v tomto úseku pohybují kolem 3,5 5 m/s. Úsek soutěska pod Kočovem až Stříbro V tomto úseku je sevřené údolí a minimální možnost transformace povodňové vlny. Transformace v celém úseku dlouhém 35 km je malá a po přičtení přítoků průtoky klesnou z 1100 pouze na 950 m3/s. Rychlosti i hloubky jsou v tomto úseku opět o něco vyšší. Střední celoprofilové rychlosti jsou 4 m/s, místy až 7 m/s, hloubky kolem 8 m. Hodnoty rychlostí nad městem Stříbro pak klesnou na 2,5 až 4 m/s při hloubce cca 8 m. Dolní úsek Stříbro až VD Hracholusky Vzdutí VD Hracholusky dosahuje těsně pod město Stříbro. V tomto úseku se mění nejen charakter proudění, ale i způsob výpočtu. V celé nádrži VD Hracholusky byla ve variantě 1 předpokládána hladina vody na kótě 356,70 m n.m hladina vody v nádrži dosažená při transformaci povodňové vlny PV 100. Tato hladina byla současně pro výpočet považována za dno výpočtové trati s předpokladem šíření povodňové vlny nad stojící hladinou v nádrži. V tomto úseku průtoky klesnou z cca 950 na 800 m3/s. Dojde zde ale k významnému snížení rychlosti vody, která nepřekročí 2 m/s

6 VD Hracholusky Limit VD Hracholusky. Důležitým omezujícím limitem výpočtu VD Hracholusky je kóta případného přelití a následné destrukce hráze VD Hracholusky. Jedním z očekávaných výsledků simulací zvláštní povodně na VD Lučina bylo i určení, zda dojde k limitnímu přelití a následné destrukci hráze VD Hracholusky. Limitní kótou hladiny na VD Hracholusky je koruna hráze na 358,90 m n.m. Další limitní hodnotou je horní hrana vlnolamu na kótě 360,25. Na tuto kótu je možné provést provizorní opatření mobilním zahrázováním a výpočet s tímto opatřením počítá. Po přelití vlnolamu dojde s nejvyšší pravděpodobností k destrukci hráze a zvláštní povodni na VD Hracholusky. Jaký je výsledek: Ve variantě 1 dojde v čase 11:22 k překročení kóty koruny hráze 358,90 m n.m. a v čase 14:24 dojde k přelití vlnolamu a s vysokou pravděpodobností k havárii hráze VD Hracholusky. V čase 11:22 je již kulminace povodňové vlny za Stříbrem v prostoru nádrže VD Hracholusky. Případná destrukce vodního díla tedy ovlivní pouze obce pod Stříbrem a nad nádrží k žádnému ovlivnění průběhu zvláštní povodně nedojde

7 VARIANTA 2 Havárie hráze vnitřní průsakovou erozí podél pravé strany odpadní štoly při běžném provozním stavu. profil začátek vlny čas kulminace hladina průtok hloubka VD Lučina PT29 0:02 0:28 521, ,8 Tachov - most pod zámkem PT12 0:04 0:51 483, ,0 Kočov - most M05 2:22 3:26 452, ,0 Josefova huť M13 3:30 4:42 430, ,9 Svojšín - most M32 6:31 8:00 390, ,5 Milíkov - most M34 8:11 9:48 377, ,8 Stříbro silniční most PS11 9:45 11:45 362, ,7 Hráz VD Hracholusky PS44 19:20 21:23 357, Varianta 2 je až do Stříbra velmi podobná variantě 1, i když její důsledky budou méně ničivé. Horní úsek - VD Lučina až město Tachov Průběh povodně bude vzhledem k morfologii terénu nejničivější v horní části toku, tedy mezi přehradou a městem Tachov. Přes vysoký sklon a sevřené údolí je transformace relativně velká. Kulminační průtok se v tomto úseku sníží na třetinu, tedy ze 4000 na 1400 m3/s. Průběh povodně je zde velmi rychlý a hloubky vody převyšující 6-11 m. Střední celoprofilové rychlosti vody se v tomto úseku pohybují kolem 4 9 m/s. Úsek Tachov až soutěska pod Kočovem Pod Tachovem se mění charakter toku, údolní niva se rozšiřuje a podélný sklon je mírnější. Právě v tomto úseku mezi Tachovem a Kočovem dochází k největší transformaci z 1400 na 500 m3/s. Postup povodňové vlny se zpomalí a hloubky vody klesnou na cca 6 m. Střední celoprofilové rychlosti vody se v tomto úseku pohybují kolem 2,5 4 m/s. Úsek soutěska pod Kočovem až Stříbro V tomto úseku je sevřené údolí a minimální možnost transformace povodňové vlny. Průtoky v tomto úseku klesnou z 500 na 350 m3/s. Rychlosti i hloubky jsou v tomto úseku opět o něco vyšší. Střední celoprofilové rychlosti jsou 3 m/s, místy až 5 m/s, hloubky kolem 6 m. Hodnoty rychlostí nad městem Stříbro pak klesnou na 1,5 až 3 m/s při hloubce cca 6 m. Dolní úsek Stříbro až VD Hracholusky Vzdutí VD Hracholusky dosahuje těsně pod město Stříbro. V tomto úseku se mění nejen charakter proudění, ale i způsob výpočtu. V celé nádrži VD Hracholusky byla ve variantě 1 předpokládána hladina vody na průměrné provozní hladině, 353,50 m n.m. Tato hladina byla současně pro výpočet považována za dno výpočtové trati s předpokladem šíření povodňové vlny nad stojící hladinou v nádrži. V tomto úseku průtoky klesnou z cca 350 na 200 m3/s. Dojde zde ale k významnému snížení rychlosti vody, která nepřekročí 1,5 m/s. VD Hracholusky Limit VD Hracholusky. Důležitým omezujícím limitem výpočtu VD Hracholusky je kóta případného přelití a následné destrukce hráze VD Hracholusky. Jedním z očekávaných výsledků simulací zvláštní povodně na VD Lučina bylo i určení, zda dojde k limitnímu přelití a následné destrukci hráze VD Hracholusky. Limitní kótou hladiny na VD Hracholusky je koruna hráze na 358,90 m n.m. Při překročení této kóty je VD Hracholusky ohroženo a je potřeba přistoupit k dalším opatřením. Jaký je výsledek: Ve variantě 2 nedojde vůbec k dosažení této limitní hladiny, celá povodňová vlna bude zcela transformována v retenčním prostoru VD Hracholusky a k dalšímu ohrožení pod touto přehradou nedojde

8 Stanovení území ohroženého zvláštní povodní Na základě vypočtených hladin obou variant, vynesených průsečíků s terénem v místě hladiny ve všech výpočtových profilech a vektorového výškopisu byla zkonstruována záplavová čára, jako obalová křivka maximálních vodních stavů v celém zájmovém území. Tato čára maximálního rozlivu vymezuje území ohrožené zvláštní povodní, resp. obou jejích variant. Na přítocích dotčeného toku byl předpokládán zjednodušený stav a byla zde vynesena hydrostatická hladina v místě soutoku. Skutečnost je od tohoto předpokladu trošku jiná, ale toto zjednodušení je limitním stavem, který by ve skutečnosti neměl být překročen

9 Výstupy Studie obsahuje tištěné a digitální výstupy v rozsahu dohodnutém s objednatelem Tištěné výstupy technická zpráva psaný podélný profil s postupovými dobami evidenční listy vybraných příčných profilů s tabelárními hodnotami, fotodokumentací, mapkou a hydrogramem povodně v daném profilu mapy se zákresem území ohroženého zvláštní povodní (var. 1, var2) formát A3 měř. 1: Digitální výstupy technická zpráva ve formátu PDF mapové vrstvy ve formátu DGN, DWG, SHP (území ohrožené povodní, příčné profily, ř.km) mapy ohroženého území ve formátu PDF psaný podélný profil s postupovými dobami ve formátu PDF foto a videodokumentace CD s mapovou částí studie v GIS obsahující všechny mapové vrstvy, fotodokumentaci a tabelární výsledky studie připojené k příčným profilům Obsah CD CD obsahuje tyto adresáře a soubory ROOT - START.EXE - spuštění aplikace - WebMapSv.EXE - runtime mapového serveru pro CD aplikaci - mze.wm3/cf3 - mapový projekt HTML - adresář obsahující HTML stránky projektu, přílohy a fotodokumentaci - lucina.htm Vstupní HTML stránka projektu HTML/FOTO - adresář se všemi fotografiemi a videosekvencemi HTML/VYSTUPY - adresář obsahuje technickou zprávu a psané podélné profily ve formátu PDF HTML/VYSTUPY/MAPY - adresář obsahuje PDF soubory s mapovými tisky formátu A3 1:10000 HTML/VYSTUPY/DGN_DWG - adresář obsahuje DGN/DWG výstupy záplavové čáry obou variant, příčné profily a říční kilometráž DATA - adresář s vektorovými daty (SHP - WebMap, ArcView 3.x) DATA/FOTO - SHP fotodokumentace - DBF tabulka připojených fotografií a videodokumentace DATA/PROFILY - SHP příčných profilů se staničením DATA/ZAPLAVA - SHP záplavových čar pro jednotlivé varianty 1 a 2 RASTRY - adresář s mapovým podkladem - Zabaged2, HRR pro WebMap - 9 -