Mapy povodňového nebezpečí a povodňového rizika pro město Litovel

Transkript

1 Mapy povodňového nebezpečí a povodňového rizika pro město Litovel Tereza Gimunová Geografický ústav, Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita, Kotlářská 2, Brno ČR @mail.muni.cz Abstrakt. Tématem diplomové práce jsou mapy povodňového nebezpečí a rizik podle směrnice EU 2007/60/ES, o vyhodnocování a zvládání povodňových rizik. Rešeršní část práce obsahuje přehled metod vizualizace jevů charakterizujících povodeň a přístupy k naplnění požadavků směrnice v členských státech EU. Podle směrnice mapy mají znázorňovat území zaplavené podle scénářů povodní s nízkou pravděpodobností výskytu (Q500), se střední pravděpodobností výskytu (Q100) a případně s vysokou pravděpodobností výskytu (Q5, Q10, Q20, Q50). Cílem práce bylo porovnat výsledky podle použitých scénářů povodně s vysokou pravděpodobností výskytu. V aplikační části bylo zpracováno šest variant map povodňového nebezpečí a rizika pro území města Litovle. Z provedeného semikvantitativního vyhodnocení map pro různé varianty počtu i n-letostí povodní s vysokou pravděpodobností výskytu bylo zjištěno, že důležitější než striktní administrativní určení povodní je správný výběr povodně s vysokou pravděpodobností pro konkrétní zájmové území. Klíčová slova: povodňové nebezpečí, povodňové riziko, záplavové území, Litovel Abstract. The theme of the diploma thesis is flood hazard maps and flood risk maps according to EC directive 2007/60/EC, on the assessment and management of flood risks. Theoretical part contains overview of methods of visualization flood characteristics and approaches to fulfill requests of the directive among EU member states. According to directive maps shall cover the geographical areas which could be flooded according to the following scenarios: floods with a low probability (Q500), floods with a medium probability (Q100), floods with a high probability, where appropriate (Q5, Q10, Q20, Q50). The main goal of the thesis was to compare results according to selected scenario of the flood with a high probability. Six variants of flood hazard maps and flood risk maps of the area of the town Litovel were made in the applied part of the thesis. According to of performed semi-quantitative evaluation of the maps alternatives differing in the count or N-year flood, is important to select correct scenario of flood with a high probability for specific locality, than using strictly administratively determined one. Keywords: flood hazard, flood risk, inundated area, Litovel

2 1 Úvod Povodně provází lidstvo od jeho počátku. Je potřebné si uvědomit, že povodně nejsou jen negativním jevem s nepříznivými následky pro člověka, ale přirozeným a opakujícím se přírodním jevem. Povodně jsou na mnoha místech dokonce důležitou a nezbytnou součástí ekonomického života, závisí na nich hospodářský vývoj. Zejména je známý význam povodní pro zemědělství v Egyptě nebo v Mezopotámii. Povodně jsou nezbytné i pro některé biotopy, například lužní lesy, které obklopují zájmové území Litovle. V Evropě včetně České republiky povodně představují z přírodních katastrof největší nebezpečí a způsobují vysoké materiální škody a i ztráty lidských životů. Za významný mezník v plánování protipovodňové ochrany v České republice je považována povodeň v červenci 1997 na Moravě, při které zemřelo 50 osob. Přímé majetkové škody byly vyčísleny na 62,6 mld. Kč, z toho 39,2 mld. Kč na nemovitém majetku [4]. Při povodni v roce 1997 (ale i při následujících povodních) vznikaly největší škody v urbanizovaných částech říčních niv, kde selhala nebo nebyla dostatečná technická opatření na omezení rozlivů (hráze). I na základě zkušeností z nedávných povodní bývá problém omezovat vznik nové zástavby v přirozených inundačních územích vodních toků. Rovný povrch záplavových území ve městech a jejich okolí generuje stále velký zájem na zastavění. V urbanizovaných oblastech nelze dosáhnout absolutní ochrany před povodněmi pomocí technických opatření. Jedním z důvodů je i skutečnost, na jak velký povodňový průtok má být protipovodňová ochrana koncipována, druhým důvodem je možnost selhání opatření (protržení hrází). Můžeme mluvit o změně paradigmatu protipovodňové ochrany, která spočívá nejen v zaměření se na budování technických protipovodňových opatření, jako jsou hráze, poldry, přehrady, ale i přírodě blízkých opatření, a také na adaptaci člověka a jeho aktivit na povodně pomocí prostředků jako jsou dostupnost informací, lokální výstražné systémy, připravenost na krizovou situaci. V poslední skupině se významně uplatňuje i kartografie a geoinformatika. 1.1 Cíle práce Cílem práce je vytvořit mapy povodňového nebezpečí a povodňového rizika pro zájmové území Litovle a porovnání variant map povodňového ohrožení a povodňového nebezpečí v závislosti na vybraných n-letých povodních. Tomu se věnuje aplikační část práce, která obsahuje vytvořené mapy, popis postupu při tvorbě map a poukázání na související problematické otázky a možný návrh jejich řešení. Výsledné mapy budou obsahovat vizualizaci povodňových charakteristik nad povodněmi ohroženou částí města Litovle, jako je plocha rozlivů při jednotlivých povodních, hloubka a rychlosti při rozlivu, povodňové ohrožení a riziko. Výsledkem je i porovnání map vytvořených na základě různých vybraných podkladových dat n- letých povodní a analýza, jestli je optimální v zájmovém území stanovovat povodňové ohrožení na základě rozsahu a hloubek rozlivů při Q5, Q20, Q100 a Q500.

3 1.2 Metody zpracování a podkladová data Aplikační část je zpracována s využitím dat správce toku (Povodí Moravy, s. p.) v programu ArcGIS Desktop 10 (ArcInfo) společnosti ESRI. Při zpracování map povodňového nebezpečí a rizik jsou nezbytné funkce Spatial Analyst a 3D Analyst. Základní podkladová data byla poskytnuta Povodím Moravy, s.p: Digitální model terénu (DTM) Geodetické zaměření vodního toku a objektů na toku Hydraulické výpočty z programu Mike 11, jejichž výsledkem byly plochy rozlivů, kóty hladin a rychlosti při povodních Q5, Q10, Q20, Q50, Q100 a Q500. Podkladem pro zjištění zranitelnosti území a pro mapy povodňových rizik jsou objekty databáze ZABAGED : Areál účelové zástavby a Budova blok Budov a návrh územního plánu města Litovel [1]. 1.3 Základní pojmy Povodňové nebezpečí: Stav s potenciálem způsobit nežádoucí následky v území vyvolaný povodní. Jedná se o hrozbu povodně, která bude mít nepříznivé následky. Pomocí charakteristik průběhu povodně lze stanovit potenciální povodňové nebezpečí. [7] Povodňové ohrožení: Kombinace pravděpodobnosti výskytu povodně a povodňového nebezpečí. Není vázáno na charakter území - objekty v záplavovém území. Povodňové riziko: Kombinace pravděpodobnosti výskytu povodně a možných nepříznivých účinků na lidské zdraví, životní prostředí, kulturní dědictví a hospodářskou činnost, které souvisejí s povodní [9]. Zranitelnost území: Náchylnost území k poškození a škodám v důsledku malé odolnosti vůči expozici jevu/povodně. 1.4 Charakteristika zájmového území Zpracovávané území diplomové práce zahrnuje část území města Litovel, která je ohrožena povodněmi (záplavové území Q500). Město Litovel leží v Olomouckém kraji, 20 km severozápadně od Olomouce. Původní osídlení starého města bylo v polovině 13. století ze strategických obranných důvodů (strážit brod přes Moravu na stezce z Olomouce do Čech) přemístěno do současné polohy mezi rameny řeky Moravy. Město bylo ohroženo povodněmi, kromě zástavby okolo náměstí, téměř celé po celou dobu své historie [6]. Od Mohelnice po Litovel řeka Morava meandruje lužními lesy Litovelského Pomoraví, větví se do ramen a charakteristické jsou pravidelné záplavy. Přestože se případné povodně částečně transformují na zemědělských pozemcích nad Mohelnicí a v lužních lesích Litovelského Pomoraví, je Litovel ohrožena povodněmi, které vznikají v horských oblastech Hrubého Jeseníku a Kralického Sněžníku. V intravilánu

4 Litovle je Morava rozvětvena do šesti ramen, z nichž Nečíz protéká centrem města pod náměstím. Hlavní tok Moravy protéká okolo Uničovského předměstí. 2 Mapy povodňového nebezpečí Požadavky na vytvoření map povodňového nebezpečí a povodňových rizik v České republice vychází ze směrnice EU 2007/60/ES (čl. 6) a mají být dokončeny do 22. prosince Podle cílů směrnice mají být základem pro plánování a rozhodování veřejné správy, které souvisí se zvládáním povodňových rizik a protipovodňovou ochranou. Mapy povodňového nebezpečí a povodňových rizik jsou společně s předběžným vyhodnocením povodňových rizik podkladem pro plány pro zvládání povodňových rizik. Podle směrnice EU 2007/60/ES (čl. 6 odst. 2) mají být mapy povodňového nebezpečí zpracovány pro oblasti, které by mohly být zaplaveny typy povodní: s nízkou pravděpodobností výskytu nebo extrémními povodněmi se středně vysokou pravděpodobností výskytu, která má být rovna minimálně Q100 nebo větší případně povodně s vysokou pravděpodobností výskytu V rámci této práce byly vytvořeny varianty map povodňového nebezpečí a povodňových rizik pro vybrané území Litovle pro kombinace povodňových scénářů: Q5, Q10, Q20, Q50, Q100, Q500 Q5, Q20, Q100, Q500 Q5, Q100, Q500 Q10, Q100, Q500 Q20, Q100, Q500 Q50, Q100, Q500 Cílem je zjistit, zda existuje rozdíl, když se vyberou různé typy povodní, a porovnat výsledky použitých variant povodňových scénářů pro mapy povodňových rizik. Povodňové nebezpečí lze charakterizovat prvky, jako jsou plochy rozlivů, hloubky, rychlost proudění vody, doba trvání povodně. Aby byly implementovány požadavky směrnice, musí být vytvořeny mapy povodňového nebezpečí, které budou obsahovat: rozsah povodně plochy rozlivů hloubku vody nebo nadmořskou výškou hladiny případně rychlosti nebo průtok Bodová vrstva rychlostí byla odvozena z hydraulických výpočtů. Rychlosti byly klasifikovány do 4 intervalů: 0,1 m - 0,5 m/s 0,5 m - 1 m/s 1 m 1,5 m/s > 1,5 m/s

5 Jednotlivé gridy hloubek byly vytvořeny odečtením gridu DTM od gridu výšky hladiny při jednotlivých n-letých povodních. Hloubky byly klasifikovány do 3 intervalů: 0,1 m - 0,5 m 0,5 m - 1 m 1 m - 2 m Obr. 1. Ukázka vizualizace povodňového nebezpečí pro Q500 (kombinace hloubek a rychlostí) Výpočet intenzity povodně pro české mapy povodňového nebezpečí vychází ze švýcarské metodiky [3] a vyjádření intenzity povodně podle Beffy [2]. Intenzita povodně (IP) je funkcí hloubky (h) a rychlosti proudění (v) při povodni (podle Metodiky [4]): 0 h 0m / s IP h h * v h 0m / s, v 1m / s v 1m / s (1) Obr. 2. Náhled rastru intenzity povodně, červeně jsou znázorněny plochy s hloubkou h > 2 m nebo s intenzitou povodně IP > 2)

6 3 Povodňové ohrožení Další etapou je vytvoření rastrů povodňového ohrožení pro jednotlivé n-leté povodně. Metodika MŽP uvádí algoritmus pro výpočet ohrožení (R i ) jako: Ri = (0,3 + 1,35 *IP)* 1/N (2) kde: IP je intenzita povodně (součin hloubek a rychlostí při jednotlivých n-letých povodních, v případě zájmového území Litovle je hodnota intenzity povodně shodná s hodnotou hloubek při jednotlivých povodních, protože rychlost nepřesahuje 1 m/s) N je n-letost povodně (5, 10, 20 atd.) V programu ArcGIS lze vytvořit rastry pomocí nástroje RasterCalculator, ve kterém vytvoříme výše uvedený vzorec. Ohrožení je závislé na intenzitě povodně a nepřímo úměrné době opakování povodně. Vypočítané hodnoty ohrožení je nezbytné porovnat s maticí rizika, aby mohlo být ohrožení klasifikováno do kategorií. Příklad: Území, které je téměř každoročně zaplavováno, tak je vysoce ohroženo povodněmi, nebo pokud může být hloubka při povodni > 2 m, tak je plocha také v kategorii vysoce ohrožených. IP (=hloubka [m]) 2,2 2,0 vysoké 1,2 R>0,1 R<0,0033 1,0 0,8 střední 0,6 R>0,1 R>0,01 0,4 nízké 0,2 R>0,1 R>0,01 reziduální 0,1 R>0,01 R>0,01 R>0, n-letost Obr. 3. Matice rizika Výsledky se porovnají s maticí rizika, do jaké spadají kategorie povodňového ohrožení. Vytvořené gridy ohrožení je potřeba reklasifikovat do kategorií (v programu ArcGIS ve SpatialAnalystu nástroj Reclassify) povodňového ohrožení pro další gisové operace: 1 reziduální ohrožení: R < 0,0033 (žlutá barva) 2 - nízké ohrožení: R < 0,01 (oranžová barva) 3 střední ohrožení: 0,01 < R < 0,1 (modrá barva) 4 vysoké ohrožení: R 0,1 nebo IP 2 (červená barva)

7 Obr. 4. Povodňové ohrožení při Q10 a Q100 Obr. 5. Příklad stanovení výsledného ohrožení výběrem maximálního ohrožení v daném pixelu (na horních obrázcích je ohrožení při jednotlivých povodních (např. Q5, Q100 a Q500) např. žádné, vysoké a střední, výsledné ohrožení je nejvyšší dosažené - vysoké) Obr. 6. Porovnání mapy povodňového ohrožení podle metodiky MŽP (z povodní Q5, Q20, Q100 a Q500) - barevná výplň a ohrožení na základě Q10, Q100 a Q500) - barevné šrafy

8 Tabulka 1. Plocha [ha] povodněmi ohrožených ploch v zájmovém území Litovle podle variant použitých povodňových scénářů. Povodňové ohrožení Varianty použitých povodňových scénářů Vysoké Střední Nízké Reziduální Q5, Q20, Q00, Q , ,56 205,80 44,79 Q5, Q10, Q20, Q50, Q00, Q , ,57 103,64 44,64 Q5, Q100, Q ,19 917,94 304,23 44,97 Q10, Q100, Q , ,01 269,86 44,96 Q20, Q100, Q , ,17 205,87 44,93 Q50, Q100, Q , ,78 128,77 44,67 Aritmetický průměr 884, ,17 203,03 44,83 Směrodatná odchylka 261,37 286,91 65,59 0,13 Variační koeficient [%] 29,56 23,83 32,31 0,28 Rozptyl 79697, , ,18 0,02 4 Mapy povodňového rizika Povodňové riziko je definováno jako kombinace pravděpodobnosti výskytu povodně a potenciálních povodňových škod. Určit povodňové riziko lze s využitím metody matice rizika, pomocí které se vytvoří kategorie ohrožení přijatelné a nepřijatelné pro jednotlivé typy ploch podle zranitelnosti. Kartografická vizualizace povodňového rizika obsahuje průnik vrstev zranitelnosti (bydlení, výroba atd. podlé ÚP [1]) a citlivých objektů (školy, zdravotnická zařízení) a nepřijatelného rizika pro jednotlivé kategorie. Obr. 7. Náhled mapy povodňového rizika.

9 5 Závěr Diplomová práce se zabývá mapami povodňového nebezpečí a povodňových rizik a jejich tvorbou. V úvodních částech práce byly vymezeny základní důvody, proč je potřebné zpracovávat mapy s povodňovou tematikou. Protože námětem práce byly požadavky stanovené ve směrnici EU 2007/60/ES, o vyhodnocování a zvládání povodňových rizik [8], byl proveden rozbor relevantních českých právních předpisů, které upravují otázky spojené s ochranou před povodněmi, ale i problémy přístupu veřejnosti k informacím, které souvisí s protipovodňovou ochranou a životním prostředím. Dále byly popsány i střety mezi územním plánováním a stanovenými záplavovými územími a jejich aktivními zónami. Za povšimnutí stojí skutečnost, že v Metodice tvorby map povodňového nebezpečí a rizik jsou navržena pouze doporučení spojená s vysokým a středním ohrožením a ani se nepředpokládají podobné právní účinky jako u aktivních zón záplavových území. V návrhu nového územního plánu zasahují návrhové plochy bydlení do záplavových území s vysokým ohrožením. V další části byly analyzovány mapové portály, které prezentují mapy s povodňovou problematikou, a uvedeny příklady zahraničních portálů, které jsou dobrým příkladem implementace směrnice. Národní geoportál INSPIRE poskytuje z map s povodňovou tematikou jen vrstvu rozlivu z povodní Dokumenty MŽP ohledně implementace povodňové směrnice požadavky směrnice INSPIRE [8] nezmiňují. Praktická část diplomové práce se zabývá vlastní tvorbou map povodňového nebezpečí, rizik a souvisejících mapových meziproduktů. Pro příklad tvorby map povodňového nebezpečí a rizik byly vybrány vymezené úseky s významným povodňovým rizikem v Litovli, ve městě, kterému se přezdívá Hanácké Benátky a které bylo úmyslně založeno jen jako strážní sídlo v říční nivě mezi rameny Moravy. Jsou zde nastíněny problémy a nedostatky metodiky MŽP k tvorbě map povodňového nebezpečí a povodňových rizik. Zatímco směrnice poskytuje volnost zvolit si povodňové scénáře ze dvou, případně tří typů, tak metodika je striktní a vyžaduje vytváření map a určování rizika podle povodní Q5, Q20, Q100 a Q500. V rámci této práce byly zpracovány mapy povodňového nebezpečí a rizika pro 6 variant výběrů povodňových scénářů. Z provedeného semikvantitativního vyhodnocení map povodňového ohrožení a povodňového rizika pro různé varianty počtu i n-letostí povodní s vysokou pravděpodobností výskytu bylo shledáno, že důležitější než striktní výčet povodní je správný výběr povodně s vysokou pravděpodobností. Území České republiky, charakter vodních toků a jejich inundací není identické, a proto by se i při zpracování povodňových map měly respektovat místní podmínky. Z analýz pro město Litovel vyplynulo, že použití scénáře pro povodeň s vysokou pravděpodobností Q10 by bylo vhodnější než metodikou vyžadované povodně Q5 a Q20. Výsledné kategorie rizika definované na základě ohrožení závisí především na hloubce a n-letosti povodně. Ohrožení je vyšší, čím je větší hloubka při často se opakujících povodních. Povodeň Q5 je vysoce pravděpodobný a častý přírodní jev, nejedná se o mimořádnou událost. Tyto povodně se pravidelně opakují, nelze je ignorovat jako například potenciální možnost vzniku extrémní povodně. Předběžné vyhodnocení povodňových rizik bylo zpracováno i na základě ekonomických a populačních faktorů. Velká část vybraných úseků je v aglomeracích a na významných vodních tocích. Dá se tedy předpokládat, že povodně s vysokou pravděpodobností nebudou způsobovat škody, že se voda nebude rozlévat mimo

10 koryta vodních toků a že již zde budou vytvořena fungující protipovodňová opatření alespoň pro povodně s vysokou pravděpodobností výskytu. Z tohoto pohledu dává ustanovení směrnice 2007/60/ES větší volnost zpracovateli map povodňového rizika pro rozhodnutí výběru povodně s vysokou pravděpodobností výskytu v konkrétním zájmovém území v závislosti na kapacitě koryta vodního toku. Právě překročení břehové kapacity toku má nejpodstatnější význam pro výslednou podobu mapy povodňového rizika. V posuzovaném území Litovle evidentně absence povodně Q10 má podstatný vliv na mapy povodňové ohrožení a rizika. To znamená, že snaha o striktní definování národní Metodiky tvorby map povodňových rizik nemusí ve všech případech předběžně vymezených úseků s povodňovým rizikem vést ke správnému výsledku vyjadřovat skutečné ohrožení. Obecně bylo shledáno, že plochy rozlivu Q5 odpovídají vysokému povodňovému ohrožení, plochy rozlivu Q20 střednímu povodňovému ohrožení a plochy rozlivu Q100 vysokému povodňovému ohrožení. Přesun do vyšší kategorie povodňového ohrožení nastane až při výrazně vyšších hloubkách. Metodika na tvorbu map povodňového nebezpečí a rizik v České republice vychází z obdobných projektů zpracovaných v zahraničí, zejména ve Švýcarsku a v Německu. Mapy povodňových rizik i přes uvedené nedostatky jsou komplexnější metodou hodnocení povodňových rizik než jen mapy záplavových území. Reference 1. Ateliér Urbi, spol. s.r.o., kol. autorů. Návrh územního plánu města Litovle. < 2. Beffa C A Statistical Approach for Spatial Analysis of Flood Prone Areas. < 3. Bundesamt für Wasserwirtschaft (CH). Berücksichtigung der Hochwassergefahren bei raumwirksamen Tätigkeiten. Empfehlungen. < 4. ČHMÚ: Vyhodnocení povodňové situace v červenci < pov97/obsah.html>. 5. Drbal K. a kol. Metodika stanovování povodňových rizik a potenciálních škod v záplavovém území. VÚV TGM, 2008 Brno. 6. Litovel. Webové stránky města. Dostupný z WWW: < 7. Říha, J. A KOL. Riziková analýza záplavových území. Ústav vodních staveb FAST VUT Brno. ISBN Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2007/2/ES, ze dne 14. března 2007, o zřízení Infrastruktury pro prostorové informace v Evropském společenství (INSPIRE). 9. Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2007/60/ES, ze dne 23. října 2007, o vyhodnocování a zvládání povodňových rizik.