NÁVRH NA STANOVENÍ ZÁPLAVOVÉHO ÚZEMÍ ÚSLAVY

Transkript

1 ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STAVEBNÍ NÁVRH NA STANOVENÍ ZÁPLAVOVÉHO ÚZEMÍ ÚSLAVY ÚSEK ŠŤÁHLAVY ŽINKOVY TECHNICKÁ ZPRÁVA Leden 2016

2 ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STAVEBNÍ NÁVRH NA STANOVENÍ ZÁPLAVOVÉHO ÚZEMÍ ÚSLAVY ÚSEK ŠŤÁHLAVY ŽINKOVY TECHNICKÁ ZPRÁVA Objednatel Povodí Vltavy, státní podnk závod Berounka Densovo nábřeží Plzeň Zpracovatel České vysoké učení techncké v Praze Fakulta stavební Thákurova Praha 6 Praha, leden 2016

3 OBSAH 1. IDENTIFIKAČNÍ ÚDAJE 1 2. SPECIFIKACE PRACÍ 2 3. POUŽITÉ PODKLADY 3 4. METODIKA ŘEŠENÍ 5 5. SESTAVENÍ A KALIBRACE 2D MODELU 9 6. ŘEŠENÉ PŘÍPADY A OKRAJOVÉ PODMÍNKY VYHODNOCENÍ VÝSLEDKŮ A KONSTRUKCE ZÁPLAVOVÝCH MAP VYHODNOCENÍ AKTIVNÍ ZÓNY ZÁPLAVOVÉHO ÚZEMÍ ZHODNOCENÍ NEJISTOT VYPOŘÁDÁNÍ PŘIPOMÍNEK 18 LITERATURA 19 SEZNAM PŘÍLOH IDENTIFIKAČNÍ ÚDAJE Objednatel: Povodí Vltavy, státní podnk závod Berounka Densovo nábřeží Plzeň Zpracovatel: České vysoké učení techncké v Praze Fakulta stavební Thákurova Praha 6 Řeštelé: Doc. Ing. Jana Valentová, CSc. Doc. Ing. Petr Valenta, CSc. 1

4 2. SPECIFIKACE PRACÍ Předmětem díla je zpracování hydrotechnckých výpočtů a souvsející dokumentace pro účely návrhu stanovení záplavových území Úslavy v úseku Šťáhlavy - Žnkovy. Řešený úsek začíná v nadjezí jezu Šťáhlavy (ř. km 21,101), kde v ř. km 21,155 navazuje na níže ležící úsek řešený v rámc stude Stanovení záplavového území řeky Úslavy v úseku Koterov - Šťáhlavy" (DHI a.s., 2014). Horní konec řešeného úseku je dán proflem hráze rybníka Labuť v Žnkovech, řešení zde navazuje na výsledky stude Návrh na stanovení záplavového území Úslavy, ř. km 67,395-96,770 (Hydroexpert, 2009). V souladu s potřebam objednatele byly hydrotechncké výpočty zpracovány pomocí metodky dvourozměrného (2D) numerckého modelování. Přípravné výpočty byly zpracovány pomocí jednorozměrného modelu HEC-RAS, který umožňuje hydraulcké výpočty ustáleného nerovnoměrného proudění v obecném otevřeném korytě s možností rozdělení proflu na dílčí profly včetně detalního řešení hydrotechnckých a dalších objektů ovlvňujících proudění vody. Fnální stanovení průběhů hladn, vymezení rozsahu záplavového území a návrh aktvních zón záplavového území v souladu s metodkou MZe (verze 04/2005) byly provedeny pomocí podrobného dvourozměrného numerckého modelu zájmové oblast. Provedené práce zahrnovaly následující čnnost: pořízení hydrologckých podkladů převzetí a zpracování geodetckých, hydrotechnckých a dalších podkladů podrobná rekognoskace území zpracování přípravných výpočtů pomocí jednorozměrného modelu návrh a zpracování dvourozměrného modelu zájmové oblast kalbrace modelu zpracování a vyhodnocení hydrotechnckých výpočtů pro smulace ustáleného nerovnoměrného proudění v zájmové oblast pro ustálené průtoky Q 5, Q 20 a Q 100 zpracování rozsahu záplavového území na základě vypočtených hladn povodňových průtoků př průtocích Q 5, Q 20 a Q 100 stanovení aktvní zóny záplavového území Q 100 dle 66 odst. 2 zák. č. 254/2001 Sb. a 4 odst. 3 vyhl. č.236/2002 Sb. 2

5 3. POUŽITÉ PODKLADY Hydrologcké podklady Hydrologcké podklady byly čerpány ze základních hydrologckých údajů pro tok Úslavy, které byly získány od ČHMÚ. Údaje byly pořízeny v řešeném úseku pro celkem dvanáct vybraných proflů. Profly byly zvoleny tak, aby svou polohou vysthovaly místa, kde v rámc zájmového úseku dochází k podstatným změnám průtoku (nad a pod významným přítoky). Přehled použtých údajů pro N-leté průtoky uvádí tabulka 1. Orgnální doklady ČHMÚ jsou archvovány u zpracovatele. PROFIL Q 1 Q 2 Q 5 Q 10 Q 20 Q 50 Q 100 nad ústím Tymákovského potoka nad ústím Kornatckého potoka nad ústím toku Bradava nad ústím Olešenského potoka nad ústím Podhrázského potoka nad ústím toku Cecna nad ústím Chocenckého potoka nad ústím Přešínského potoka nad ústím Čžkovského potoka nad ústím Myslívského potoka hráz Klášterského rybníka hráz Žnkovského rybníka Tabulka 1: N-leté průtoky [m 3 s -1 ] podklady ČHMÚ Pro účely kalbrace modelu byly použty podklady z vyhodnocení povodně ze srpna Informace byly čerpány ze zpráv Souhrnná zpráva o povodn v srpnu 2002" (Povodí Vltavy, 2003) a Výsledná zpráva o projektu Vyhodnocení katastrofální povodně v srpnu 2002 a návrh úpravy systému prevence před povodněm" (MŽP, 2004). Podklady obsahují nformace o vyhodnocených kulmnačních průtocích Q a odpovídajících dobách opakování N ve třech proflech: - Plzeň Koterov (Q 2002 = 459 m 3 s -1, N > 1000), - Ždírec (Q 2002 = 220 m 3 s -1 ), - Prádlo (Q 2002 = 75 m 3 s -1, N = 100). Nejedná se však o přímo měřené údaje, neboť v průběhu povodně došlo k vážnému poškození nebo znčení lmngrafckých stanc Koterov a Ždírec. 3

6 Geodetcké a mapové podklady Použté numercké modely vycházejí př popsu koryta řeky ze zaměření korytových a objektových proflů na toku Úslavy, pořízených v rámc zaměření pro technckoprovozní evdenc toků (TPE). Zpracovatelem zaměření byla společnost GEOREAL spol. s r.o., měření bylo provedeno v období v období 10/ /2005. Podklady TPE byly dále aktualzovány doplňkovým zaměřením zahušťujících korytových proflů a některých objektů na toku v období v období 4/ /2013. Výústní úsek Bradavy byl modelován na základě geodetckých podkladů z TPE Bradavy (Gefos a.s., 2006). Kromě příčných proflů toku byly využty další podklady z TPE obou toků v podobě výkresů objektů a jejch fotodokumentace, podélných proflů a stuačních plánů. Pro modelování nundačního území př tvorbě dvourozměrného modelu a pro konstrukc záplavových čar byla využta data dgtálního modelu terénu pořízeného na základě leteckého snímkování metodou laserscannngu. Jednalo se o nově dostupná data dgtálního modelu reléfu páté generace (DMR5G). Dgtální model reléfu DMR 5G má podobu nepravdelné sítě výškových bodů (TIN) s úplnou střední chybou výšky 0,18 m v odkrytém terénu a 0,3 m v zalesněném terénu. Data DMR5G byla v případě potřeby selektvně kombnována s daty z pozemního měření k upřesnění průběhu významných terénních hran (násypy komunkací apod.). Obdobně bylo zapotřebí postupovat v případě drobných vodotečí a náhonů, vodou zatopené oblast nejsou součástí vyhodnocení DMR5G, neboť z podstaty měření odrazu laserem zde nejsou k dspozc relevantní nformace. Datové podklady poskytlo pro účely stude Povodí Vltavy. Jako podkladový materál byly dále využty letecké snímky zájmové oblast, a to především ke stanovení oblastí s různým hydraulckým drsnostm. Mapové podklady pro účely vykreslení výstupů řešení byla pořízena objednatelem stude od ČÚZK, jednalo se o podklad pro vykreslení záplavových čar a výsledků 2D smulací v podobě rastrových map Zabaged v měřítku 1 : v dgtální podobě (ČÚZK, 2015). Kalbrační podklady Př volbě kalbračních parametrů modelu bylo přhlíženo k povodňovým značkám, které poskytl objednatel ze svých archvních materálů. Jednalo se povodňové značky povodně ze srpna 2002, které byly zafxovány pracovníky Povodí Vltavy po povodn ve dnech 21 až a následně geodetcky zaměřeny. 4

7 Další souvsející podklady V průběhu zpracování hydrotechnckých výpočtů byla provedena podrobná rekognoskace modelované oblast a byla pořízena potřebná fotodokumentace a vdeodokumentace modelovaného území. 4. METODIKA ŘEŠENÍ Pro dvourozměrné numercké modelování byl použt model FAST2D, který umožňuje podrobné numercké modelování povodňových stuací v reálných geometrckých podmínkách otevřených koryt a nundačních územích včetně urbanzovaných oblastí. Aktuální verze modelu (Valenta, 2004) koncepčně vychází z původní verze modelu vyvnutého v Insttutu pro hydrodynamku unverzty Karlsruhe (Wenka, Valenta, Rod, 1991), který uvádějí Wenka a Valenta (1991). Uvedený 2D model je u nás opakovaně používán pro řešení aktuálních úloh vodohospodářské praxe výzkumu, v posledních letech především v souvslost s problematkou ochrany prot povodním vz např. Valenta a Valentová, 2001 a 2003, FSv ČVUT Matematcký základ modelu představuje soustava svsle ntegrovaných Reynoldsových rovnc, která bývá v odborné lteratuře někdy označována jako shallow water equatons (rovnce mělké vody). Př odvození rovnc je použt předpoklad, že místní svslá zrychlení jsou zanedbatelná v porovnání se zrychlením gravtačním a že tlak vody se mění podle hydrostatckého rozdělení. Z objemových sl je do řešení zahrnuta gravtační síla a vlv rotace Země. Rovnce jsou s ohledem na výchozí předpoklady vhodné pro případy, kdy půdorysné rozměry oblast, v níž voda proudí, výrazně přesahují hloubku. Řídící rovnce lze psát ve tvaru u t u 1 + u j = g b j j x x ρh x j ( h + z ) + ( ht ) + S ;, = 1, 2 j h ( hu + t x ) = 0 Jde o dvě pohybové rovnce ve směrech x 1 a x 2 a rovnc kontnuty. V rovncích značí h hloubku vody [m], z b je svslá souřadnce polohy dna [m], ρ je hustota vody [kg.m -3 ], g je 5

8 6 gravtační zrychlení [m.s -2 ] a t je čas [s]. V rovncích se kromě hloubky h vyskytují jako neznámé složky průměrných svslcových rychlostí u 1 a u 2 [m.s -1 ], které jsou defnovány jako + = h z z z b b dz u h u 1 kde u z je vektor rychlost [m.s -1 ] v úrovn z. Po výšce průměrované složky tenzoru efektvních napětí jsou popsány vztahy = h z z d j t j l j j b b dz h T ) ( 1 τ τ τ + = j j l j x u x u νρ τ ' ' j t j u τ ρu = ) )( ( z j j z d j u u u u = ρ τ Jednotlvé výrazy popsující tenzor efektvních napětí vyjadřují v uvedeném pořadí napětí vznkající vlvem vskozty, turbulentní Reynoldsova napětí a napětí vlvem nerovnoměrnost rychlostních proflů ve svslc. Člen S [m.s -2 ] v pohybových rovncích zahrnuje obecně působení vnějších sl a napětí, jakým jsou např. tečné napětí na dně τ b [Pa], tečné napětí na hladně vlvem větru τ w [Pa] a Corolsovo zrychlení f c [m.s -2 ]: c b w f h S,,, ) ( 1 + = τ τ ρ Efektvní napětí jsou modelována podle prncpu turbulentní (resp. efektvní) vskozty ν t [m 2 s -1 ], podle kterého lze turbulentní napětí vyjádřt s využtím turbulentní vskozty ze vztahu + = = ' ' j j t j t j x u x u u u ρ ν ρ τ

9 V modelu je mplementována svsle průměrovaná varanta dvourovncového k -ε modelu turbulence. Turbulentní vskozta je vyjádřena pomocí turbulentní knetcké energe k [m 2 s -2 ] a dspace ε [m 2 s -3 ] ν t = cµ 2 k ε Zavedením uvedeného prncpu se rozšřuje systém řídících rovnc o další dvě transportní rovnce. Na rozdíl od jednodušších modelů pro dvourozměrné proudění, které turbulenc buď zcela zanedbávají nebo určují turbulentní vskoztu pomocí jednoduchých algebrackých vztahů, jsou v modelu FAST2D řešeny navíc dvě dferencální přenosové rovnce pro turbulentní knetckou energ k a dspac ε. Model FAST2D používá k numerckému řešení soustavy řídících rovnc metodu konečných objemů, která tvoří přechod mez metodou sítí a metodou konečných prvků. Prncp metody vychází ze skutečnost, že parcální dferencální rovnce popsující řešený fyzkální jev, vyjadřují blanc sledované velčny v nekonečně malém objemu. Řešená oblast je nejprve rozdělena na malé podoblast konečné objemy čtyřúhelníkového tvaru. Na rozdíl od přímé dskretzace, používané v metodě sítí, jsou řešené dferencální rovnce nejprve v každém konečném objemu formálně ntegrovány a převedeny na ntegrály po hrancích konečného objemu. Od požadavku splnění blance v nekonečně malém objemu se tak přechází k požadavku jejího splnění v konečném objemu, tedy v makroskopckém měřítku. Předmětem řešení je celkem pět neznámých velčn, defnovaných ve středu každého konečného objemu dvě složky průměrných svslcových rychlostí u a v, poloha hladny h, turbulentní knetcká energe k a dspace ε. Těchto pět neznámých je určováno jako řešení soustavy pět nelneárních parcálních dferencálních rovnc dvou pohybových rovnc, rovnce kontnuty a přenosových rovnc pro k a ε. Základní vstupní data modelu FAST2D zahrnují: geometrcká data defnující výpočetní síť, geometrcká data popsující morfolog terénu, data defnující obtékané překážky proudění (budovy, hráze, násypy komunkací), rozložení parametrů drsnost povrchu území, okrajové podmínky. Př praktcké aplkac modelu je řešená oblast nejprve pokryta křvočarou výpočetní sítí, která je zadávána pomocí souřadnc x a y rohových uzlů jednotlvých konečných objemů. Př 7

10 konstrukc sítě je přtom vhodné využít možností dané metody a hlavní lne sítě přzpůsobt obrysům hranc a eventuelně významným vntřním překážkám uvntř modelované oblast, jakým jsou například příčné a podélné usměrňovací stavby, lne významné zástavby, lne oddělující oblast s různým drsnostm dna (terénu), atd. V další fáz je třeba doplnt souřadnce konečných objemů o nformac o nadmořské výšce terénu ve všech bodech výpočetní sítě a vytvořt tak dgtální model terénu. Pro každý konečný objem je dále třeba defnovat odpovídající hodnotu drsnostního součntele podle charakteru dna, resp. povrchu zaplavovaného terénu. Plošné rozložení drsností a odhad jejch velkost je předmětem kalbrace modelu. Součástí tvorby modelu terénu je zohlednění zástavby, eventuelně dalších prvků, které představují úplné nebo částečné překážky proudění. Postup př modelování těchto překážek závsí na výšce překážky, to jest, zda se jedná o překážku přelévanou (pod hladnou vody) nebo obtékanou. Překážky prvního typu lze zahrnout do modelu terénu pomocí lokálních úprav nadmořské výšky povrchu terénu, překážky druhého typu se modelují vynecháním odpovídajících bloků konečných objemů a zavedením vntřních okrajových podmínek, defnujících příslušné úseky sítě jako nepropustné stěny. Třetí možností, používanou př modelování shluků velm malých přelévaných překážek, je aplkace vysokých hodnot součntele drsnost, vysthujícího skutečnou makrodrsnost v odpovídající podoblast. Na hrancích (vnějších vntřních) zvolené řešené oblast je nutné zadat příslušné okrajové podmínky. Model umožňuje použít na jednotlvých částech hrance následující typy okrajových podmínek: zadání rychlostního proflu včetně směrů proudění, zadání rozdělení průtoků podél vstupního proflu, zadání polohy hladny, zadání parametrů turbulence, zadání nepropustné hrance s uvažováním tření, zadání nepropustné hrance bez tření (ev. zadání osy symetre). Výsledkem numercké smulace jsou složky rychlostí proudění a poloha hladny spolu s charakterstkam turbulence proudění ve středech všech konečných objemů v řešené oblast. Dostupná grafcká vyhodnocení výsledků zahrnují výstupy v podobě tématckých map hladn, hloubek a rychlostí č vyhodnocení proudových poměrů ve formě proudnc a vektorových polí rychlostí proudění vody. 8

11 5. SESTAVENÍ A KALIBRACE 2D MODELU Modelovaná oblast a koncepce modelu Pro podrobné vyšetření proudových poměrů a hydraulckých podmínek průchodu povodně korytem Úslavy a přlehlým nundačním územím byl sestaven detalní dvourozměrný model. S ohledem na značnou člentost zájmového území a nutnost podrobně vysthnout zástavbu a jednotlvé terénní tvary (násypy komunkací, meandrující koryto vodního toku, vedlejší vodoteče apod.) bylo zapotřebí přstoupt k aplkac modelu s relatvně velm vysokým rozlšením (zhruba 1,5x1,5 metru až 1x1 metr) a tedy velm vysokým počtem výpočetních buněk. S ohledem na hardwarové nároky takto detalního modelování pak ovšem nebylo možné modelovat zájmové území jako jeden celek pomocí jedného modelu, nýbrž bylo zapotřebí použít několk na sebe navazujících modelů dílčích. Tento přístup byl jednoznačně preferován, neboť opačný postup, t.j. použtí rozsáhlejšího modelu s nžším rozlšením, by v daných podmínkách nutně vedl k nežádoucí ztrátě výstžnost modelu. An využtí dalších obecně možných specálních technk (selektvní zahuštování sítě, použtí větších rozměrů buněk v podélném směru oblast apod.) nebylo v daném případě shledáno účelným, právě s ohledem na různorodost a nepravdelnost modelované topologe zájmového území. Výstupní a vstupní hrance jednotlvých vytvořených dílčích modelů jsou vedeny vždy zhruba kolmo na podélnou osu nundačního území a vždy přednostně v úseku s relatvně úzkým nundačním územím bez zástavby a pokud možno s přímou trasou vodního toku, tj. v úsecích s převážně jednorozměrným charakterem proudění. Vzájemná vazba mez dílčím modely je vesměs realzována na společných hrancích, kdy vstupní hrance modelu níže ležícího koresponduje s výstupní hrancí modelu ležícího výše prot proudu. V nejednoznačných případech bylo přstoupeno k návrhu vzájemného překryvu mez sousedním modely s cílem elmnovat vlv volby polohy rozhraní na výsledky řešení na společné hranc. Př volbě bočního ohrančení modelu se vycházelo z předpokládaného rozsahu záplavy př kulmnačním průtoku povodně 2002 (resp. př stoletém průtoku, je-l vyšší) na základě výpočtů provedených 1D modelem. Ohrančení modelů na obou podélných stranách sleduje hladké lne tak, aby modelem byl postžen celý rozsah modelované záplavy. 9

12 Výpočetní síť Výpočetní sítě konečných objemů dvourozměrných modelů byly navrženy jako křvočaré, s lnem sledujícím tvar bočních hranc modelu. Př tvorbě sítě se postupovalo tak, že dgtální podklad obsahující rastrové mapy a geodetcké podklady včetně dalších podkladů (letecké snímky) byl zobrazen během práce v pracovním prostředí preprocesoru. Síť pak bylo možné vytvářet nteraktvně přímo v tomto mapovém podkladu, čímž byla zajštěna přesná návaznost výpočetní sítě na skutečnou stuac. Parametry výpočetních sítí dílčích modelů pro řešený úsek jsou uvedeny v tabulce 2. Př použtém rozlšení modelu jž bylo možno podrobně modelovat jednotlvé překážky proudění v podobě budov a dalších objektů. Model č. Rozsah (ř. km) Délka (m) Šířka (m) Počet buněk Rozměr buňky (m) 1 21,155 25, x x ,280 30, x 650 1,4 x 1,4 3 30,820 35, x x ,206 40, x x ,100 45, x x ,314 52, x x ,874 59, x 501 1,2 x 1 8a 59,274 63, x x 1 8b 62,960 67, x x 1 Tabulka 2: Parametry výpočetních sítí pro řešený úsek Tvorba modelu terénu Př defnování morfologe terénu se vycházelo z dostupných topografckých a geodetckých podkladů, využta byla především geodetcká data z pozemního a leteckého laserového zaměření podrobněj specfkovaná v kap. 3. Výchozí surová data modelu terénu získaného leteckým laserovým zaměřením musela být doplněna nformacem o tvaru říčního koryta s využtím příčných proflů a dalším podklady zpřesňujícím pops terénu v zájmovém území. Součástí podkladů nebyly dostatečně podrobné údaje o průběhu náhonů a kanálů v zájmovém území, většnou byly zaměřeny profly pouze na začátku a konc příslušné vodoteče. U významnějších z těchto vodotečí bylo ve spoluprác s objednatelem v průběhu zpracování zajštěno doplňkové zaměření vybraných proflů, podružnější kanály byly po dohodě s objednatelem modelovány jen přblžně na základě nterpolace mez počátečním a koncovým proflem. 10

13 Na základě výsledných dskrétních vstupních dat pro dgtální model byla preprocesorem vytvořena spojtá aproxmace terénu pro numercký model. Následně byly hodnoty nadmořských výšek terénu převedeny do všech uzlů výpočetní sítě 2D modelu a tak vytvořena fnální reprezentace modelovaného území v numercké podobě. V další fáz návrhu modelu bylo zapotřebí zohlednt veškeré překážky proudění, které byly do modelu zapracovány v podobě zablokování (zneprůtočnění) příslušných buněk výpočetní sítě. Zadání překážek probíhalo nteraktvně nad podkladem tvořeným leteckým snímkem (ortofotomapou) zájmového území, aby byla zajštěna polohová návaznost zadání na modelovanou skutečnost. Kalbrace modelu Kalbrace modelu byla řešena s využtím nformací o nadmořských výškách značek povodně ze srpna Modelované území bylo na základě mapových podkladů, leteckých snímků a terénního průzkumu rozděleno na dílčí podoblast, charakterzované různým typy povrchu a charakterstkam drsnost. Celkem bylo použto v jednotlvých modelech vždy 10 až 15 charakterstckých typů povrchu. Vhodnost zvolených součntelů drsnost byla ověřena pomocí smulace povodně s kulmnačním průtokem odpovídajícím svou velkostí kulmnačnímu průtoku povodně v roce 2002 a následného porovnání výsledků s dostupným údaj o povodňových značkách. Seznam použtých povodňových značek je uveden v psaném podélném proflu. Přřazení značek ke stančení je pouze orentační, některé značky se navíc nacházejí v nundac ve větších vzdálenostech od koryta. Určtým verfkačním vodítkem byly výstupy předchozí stude odtokových poměrů Úslavy (Kejha, 2006). Informace o kulmnačních průtocích povodně 2002 byly čerpány z podkladů uvedených v kaptole 3. K dspozc byly odhady kulmnačních průtoků v proflech Plzeň Koterov (Q 2002 = 459 m 3 s -1 ), Ždírec (Q 2002 = 220 m 3 s -1 ) a Prádlo (Q 2002 = 75 m 3 s -1 ). Průtoky v ostatních proflech byly odhadnuty na základě nterpolace s přhlédnutím k dílčím plochám povodí. Výsledkem výpočtů pro kalbrační stav bylo zjštění, že úrovně hladn určené výpočtem př použtí charakterstk drsnost obvyklých u jných srovnatelných toků jsou vyšší, než úrovně značek fxovaných po povodn. V případě kulmnačních průtoků udávaných pro povodeň 2002 čnla vyhodnocená průměrná absolutní chyba 46 cm. Stejný trend vykazuje předchozí stude odtokových poměrů, kde jsou odchylky ještě výraznější. S ohledem na možné nejstoty ve stanovení kulmnačních průtoků v roce 2002 na Úslavě (porucha lmngrafů Koterov a Ždírec), byla alternatvně zkoumána varanta s uvažováním nžších hodnot kulmnačních průtoků zhruba na úrovn průtoků Q 100. Změna průtoků se tedy dotkla především dolní část modelu. Za těchto předpokladů došlo k většímu sblížení smulací s povodňovým značkam, s průměrnou absolutní chybou 30 cm. Na určté nejstoty a 11

14 nepřesnost lze patrně usuzovat u výšek některých povodňových značek, když až na výjmky (např. hladna zjštěná nad mostem o metr níže než u značky pod mostem) jsou obtížně dentfkovatelné. S ohledem na všechny výše uvedené nejstoty bylo rozhodnuto použít v modelu běžné hodnoty charakterstk drsnost odpovídající kalbračním výsledkům obdobných toků s tím, že takový postup je ve prospěch bezpečnost a že k případným modfkacím parametrů modelu vedoucím ke snížení smulovaných hladn nejsou k dspozc dostatečně spolehlvé podklady. 6. ŘEŠENÉ PŘÍPADY A OKRAJOVÉ PODMÍNKY Př hydrotechnckých výpočtech byly numercké modely zatěžovány průtoky v souladu s údaj o N-letých průtocích dle ČHMÚ (tabulka 1) s případným dalším rozčleněním podle dílčích ploch povodí, kromě kalbračních výpočtů byly řešeny průtokové stavy odpovídající povodním s dobou opakování 5, 20 a 100 let. Použté průtokové stavy u jednotlvých modelů uvádí tabulka 3. Model č. Rozsah (ř. km) Poznámka Q 100 Q 20 Q 5 [m 3 /s] [m 3 /s] [m 3 /s] 1 21,155 25,790 nad Tymákovským p ,280 26,447 nad Kornatckým p ,1 2 26,447-30,850 nad Bradavou ,4 3 30,820 33,320 nad Olešenským p ,8 3 33,320-35,610 nad Podhrázským p ,1 4 35,206 37,480 nad Podhrázským p ,1 4 37,480-40,198 nad Cecnou ,6 5 40,100 43,410 nad Chocenckým p ,2 5 43,410 45,490 nad Přešínským p ,2 6 45,314 50,480 nad Přešínským p ,2 6 50,480-52,078 nad Čížkovským p ,5 7 51,874 54,220 nad Čížkovským p ,5 7 54,220-59,396 nad Myslívským p ,9 47,7 8a,8b 59,274-67,395 nad Klášterským ryb Tabulka 3: Modelované průtokové stavy Řešení probíhalo postupně v navazujících dílčích dvourozměrných modelech, vypočtená poloha hladny na vstupní (vtokové) hranc níže ležícího modelu sloužla vždy jako okrajová 12

15 podmínka pro výstupní (výtokovou) hranc navazujícího výše ležícího modelu. U nejníže ležícího modelu se př specfkac hladny na výstupní hranc vycházelo z úrovní hladn převzatých z povodňového modelu Úslavy v úseku Koterov - Šťáhlavy (DHI a.s., 2014). Na vstupních hrancích 2D modelu byl zadáván celkový přítok do modelované oblast, rozložení měrného průtoku podél hrance bylo modelováno pomocí lokální aplkace Chézyho rovnce. V případě významnějších přítoků do modelované oblast byly obdobným způsobem modelovány dílčí vtoky do modelu v místě příslušných vodotečí. 7. VYHODNOCENÍ VÝSLEDKŮ A KONSTRUKCE ZÁPLAVOVÝCH MAP Vyhodnocení hladn a konstrukce záplavových čar Výsledky výpočtů (vypočtené úrovně hladn př uvažovaných průtocích Q 5, Q 20 a Q 100 ) byly vyhodnoceny v podobě psaného podélného proflu (příloha 2). Vyhodnocení výsledků je zde (a v navazující grafcké dokumentac) vztaženo k admnstratvnímu stančení podle dokumentace pro TPE vodního toku Úslavy dle geodetckého zaměření z let 2004, 2005 a 2013 (vz použté podklady). Přehled mostních objektů ve vztahu k vypočteným výškám hladny př průtocích Q 5, Q 20 a Q 100 je uveden v tabulkách 4.1 až 4.3. Je třeba upozornt na skutečnost, že uváděné výšky hladn v psaném podélném proflu v příčných proflech jsou hodnotam platným pro osu vodního toku. V místech se složtějším podmínkam proudění mohou být výšky hladn ve větších vzdálenostech od koryta odlšné a pro jejch detalnější hodnocení je proto vhodnější vycházet z vyhodnocení výsledků 2D modelování (příloha 3, lsty C až E). Pro konstrukc záplavových čar byl použt dgtální model DMR5G, zákres byl proveden do mapových podkladů (systém Zabaged, měřítko 1 : ). Př konstrukc záplavových čar byl rozsah záplavy určen sestrojením průsečnce smulované hladny s dgtálním modelem terénu (přímý výstup dvourozměrného modelu). Výsledné zkonstruované záplavové čáry pro průtoky Q 5, Q 20, Q 100 jsou vykresleny do stuací s podtskem v podobě použtých mapových podkladů (příloha 3, lsty A). Př vykreslení záplavových čar u mostních objektů je použto jednotné schéma, kdy záplavová čára prochází v místě mostní konstrukce přes komunkac bez přerušení bez ohledu na skutečnost, zda se hladna dostává do kontaktu s mostní konstrukcí č nkol (zobrazení za předpokladu průhlednost mostní konstrukce). Řešení záplavové čáry v oblast nájezdů na mosty (násypů) odpovídá běžnému způsobu vyhodnocení jako u ostatních terénních tvarů v nundačním území. 13

16 Vyhodnocené úrovně hladny a záplavové čáry se týkají přímé záplavy od toku Úslavy, další rozlvy vznkající v zájmové oblast na ostatních přrozených tocích (přítoky) a umělých vodotečích (náhony) nejsou předmětem řešení. U náhonů s možností nátoku vody je třeba počítat s tím, že př povodňových stuacích může po vyčerpání jejch kapacty docházet k vybřežení vody a k zaplavení terénu bez přímé souvslost se zde vyhodnoceným hladnam v korytě a nundačním území Úslavy. U přítoků byl grafcky vyhodnocen ve všech případech horzontální dosah zpětného vzdutí hladny v Úslavě, s výjmkou toků se stanoveným záplavovým územím (Bradava, Myslívský potok, Mhovka), kdy byly takto vyhodnocené záplavové čáry oříznuty a uzavřeny na ln kontaktu s navazujícím záplavovým čaram přítoku. Skutečná hladna v oblast přítoků bude ve skutečnost závslá na velkost průtoku, kapactě přítokového koryta a na nově stanovené úrovn hladny v Úslavě a je nutné j v návaznost na tuto stud upřesnt v rámc samostatné stude odtokových poměrů (resp. její aktualzace) pro konkrétní přítok. Mapy charakterstk proudění Z výsledků modelování pro stavy odpovídající povodním s dobou opakování 5, 20 a 100 let byly vytvořeny záplavové mapy, které kromě základní nformace o rozsahu záplavy obsahují detalní nformace o rozložení charakterstk proudění vody v zájmovém území. Tyto mapy znázorňují prostorové rozložení jednotlvých hydraulckých velčn získaných jako výstupy dvourozměrného numerckého modelování a umožňují šrší využtí získaných nformací. Tento způsob vyhodnocení poskytuje přehledné souhrnné vyhodnocení podmínek proudění vody v zájmové oblast a umožňuje podrobnější analýzu odtokových poměrů v zájmovém území. Kompletní sestava grafckého vyhodnocení smulačních výsledků (příloha 3, lsty C,D,E) zahrnuje následující přehledné tématcké mapy charakterstk proudění: úrovně hladny vody, hloubky vody, průměrné svslcové rychlost proudění. Všechny typy map mají stejný charakter a znázorňují prostorové rozložení vybrané charakterstky proudění. Smulovaná velčna je vyhodnocena v tématcké barevné mapě pomocí zoploch s příslušným krokem, který je defnován barevnou paletou. Stupnce použtá ve vyhodnocení konkrétní tématcké záplavové mapy je vždy vysvětlena v příslušné legendě. V případě rychlostí se vzhledem k typu numerckého modelu (2D model) jedná o průměrné 14

17 svslcové rychlost (průměr rychlostí v celém rozsahu hloubky od obvykle nejmenších rychlostí u dna po obvykle nejvyšší rychlost u hladny). Mapy charakterstk proudění byly s ohledem na potřebu jejch zobrazování v systémech GIS vyhodnoceny na pravdelném rastru s krokem 2 x 2 metry metodou rastrování orgnálních výstupů modelu. K nterpretac výsledků je zapotřebí zásadně přstupovat s ohledem na rozlšení modelu, podrobnost vstupních dat a uvedenou metodu zobrazení. Typckým příkladem jsou menší kanály a náhony, které nelze an př relatvně vysokém rozlšení 2D modelu a vyhodnocovacího rastru (rastr 2 x 2 metry) defnovat s odpovídající přesností. V těchto případech mohou mít výsledky pouze nformatvní charakter z hledska polohy hladny, zatímco vyhodnocení rychlostí a hloubek se vzhledem k rozlšení výstupů může v detalech lšt od skutečnost. V oblastech, ve kterých nejsou k dspozc příslušná data modelu terénu (dna některých kanálů, rybníků apod.) a charakterstky proudění jsou tedy neurčté, nebyly výsledky hloubek a rychlostí vyhodnoceny (kresleno šedvou barvou). Stejně se postupovalo v případě všech charakterstk proudění v dlouhých náhonech, které jsou s výjmkou vtoku do náhonu vedeny mmo oblast přímé záplavy od Úslavy, nejsou u nch k dspozc podrobné nformace o geometr a proudění v nch závsí mmo jné na neurčtých podmínkách manpulací na jejch objektech. Vyhodnocené charakterstky proudění je třeba chápat jako průměrné hodnoty př daném smulovaném kulmnačním stavu. To znamená, že nelze vyloučt lokální překročení vyčíslených hodnot (zejména hloubek nebo rychlostí) například v důsledku lokálních depresí, lokálních koncentrací proudu a obdobných geometrckých detalů č jevů pod hrancí rozlšení modelu, č v důsledku některých dalších modelem nepostžtelných jevů (třírozměrné efekty proudění v místech hydrotechnckých objektů, př obtékání hran překážek, př omezení průtočnost objektů, nestaconární jevy př plnění nundačního území, př destrukc lokálních překážek, plotů apod.). 15

18 8. VYHODNOCENÍ AKTIVNÍ ZÓNY ZÁPLAVOVÉHO ÚZEMÍ Součástí vyhodnocení hydrotechnckých výpočtů bylo stanovení aktvní zóny záplavového území (AZZU) pro průtok Q 100 v rozsahu zájmového území. Př zpracování bylo přhlédnuto k podstatným zásadám návrhu Metodky stanovení aktvní zóny záplavového území v aktuální verz duben S ohledem na charakter modelovaného nundačního území Úslavy a použtý model se způsob řešení přednostně opírá o postup určený metodkou pro stanovení aktvní zóny podle detalních 2D studí. Za AZZU, jež př povodn odvádí rozhodující část celkového průtoku a tak bezprostředně ohrožuje žvoty, zdraví a majetek ldí, se v tomto případě stanoví území defnované jako: a/ území provádějící podstatnou část průtoků určené na základě rozdělení měrných průtoků, b/ území defnované podle parametrů proudění (nebezpečné zóny), přčemž se aplkuje kombnace obou uvedených přístupů ke stanovení AZZU. Př vyhodnocení aktvních zón byly nejprve vyhodnoceny průtokově aktvní oblast, tj. oblast, které převádějí podstatnou část průtoku. Jejch vyhodnocení bylo provedeno hydraulckou metodou na základě rozdělení svslcových měrných průtoků a s využtím vyhodnocených proudových pásů. Takto stanovené aktvní zóny byly dále v souladu s použtou metodkou rozšířeny o nebezpečné zóny záplavového území, stanovené podle parametrů proudění a zahrnující oblast s vysokým hodnotam hloubek nebo rychlostí, které nemusí nutně převádět rozhodující část průtoku, ncméně jsou nebezpečné z hledska ohrožení žvotů a zdraví osob a ohrožení majetku. Na základě konzultací s objednatelem byla př stanovení nebezpečných zón aplkována méně restrktvní metodka dle Fnka a Bewcka doporučovaná pro nundační území běžného významu. Do rozsahu aktvní zóny byly dále v souladu s metodkou zahrnuty oblast v podobě ostrovů bez možnost ústupu v průběhu povodně. Výsledné aktvní zóny jsou vykresleny do stuace s podtskem v podobě použtých mapových podkladů (příloha 3, lsty B). Součástí aktvní zóny se v souladu s použtou metodkou dále automatcky stávají všechny permanentní vodoteče v rozsahu záplavového území. Tato skutečnost, stejně jako použtou metodkou umožněné vynětí stávající zástavby z aktvní zóny (z důvodu umožnění rekonstrukcí stávajících staveb), není v grafckém zpracování explctně vyznačena, ncméně techncká zpráva na n tímto upozorňuje. 16

19 9. ZHODNOCENÍ NEJISTOT Podklady poskytnuté pro sestavení numerckého modelu proudění vody byly pro daný účel zpracování návrhu na vymezení záplavového území postačující. Použtí výsledků pro jné účely (zejména návrhy protpovodňových opatření a další čnnost opírající se o konkrétní úrovně hladn) není vhodné bez uvážení souvsejících nejstot a bez dalšího doplnění a upřesnění vstupních podkladů a samotného výpočetního modelu. Teoretcké výstupy získané pomocí numerckého modelu jsou obecně zatíženy nejstotam, které souvsejí s přjatým předpoklady a zjednodušením, s metodou řešení a zejména s přesností vstupních dat. Řešení ovlvňuje například jž přesnost dgtálního modelu reléfu (zhotovtel DMR 5G uvádí úplnou střední chybu výšky 0,18 m v odkrytém terénu a 0,3 m v zalesněném terénu), a dále přjatá modelová aproxmace, přesnost hydrologckých dat, nejstoty v určení povodňových značek, kulmnačních průtoků hstorckých povodní a dalších vstupních dat. Další podstatné nejstoty ve stanovení polohy hladny vyplývají z nahodlost jevů, které př průchodu povodně nastávají. Předmětem řešení není posouzení bezpečnost exstujících vodních děl a modelování průtokových stavů souvsejících s jejch porucham. V této souvslost je třeba upozornt, že v případě přímo protékaného rybníka Klášter se jeví jako reálná možnost přeltí hráze př Q 100. Součástí záplavy př vysokých povodňových průtocích se dále stávají některé další rybníky a nádrže. Numercké řešení neuvažuje dynamcké vlvy proudění, předpokládá se volný průtok mostním objekty, které mohou být př povodn zaneseny plávím apod. Skutečné průběhy hladn se mohou měnt v závslost na konkrétních hydrologckých podmínkách, použté manpulac na objektech a aktuálním stavu koryta a nundačního území př konkrétní povodňové stuac. Zejména v souvslost s případným omezením průtočnost objektů na toku částečným č úplným ucpáním, resp. v souvslost s porušením hrází a jných objektů, mohou hladny dosáhnout vyšších úrovní, než ukazují výsledky teoretckých výpočtů. 17

20 10. VYPOŘÁDÁNÍ PŘIPOMÍNEK Správce vodního toku Úslava - Povodí Vltavy, s.p., závod Berounka předložl Krajskému úřadu Plzeňského kraje (KÚPK) dne návrh na stanovení záplavového území tohoto vodního toku v ř. km 21,0 67,4 (úsek Šťáhlavy Žnkovy). Na základě návrhu svolal vodoprávní úřad jednání za účelem jeho projednání se stavebním úřady, vodoprávním úřady a obcem, do jejchž správního obvodu navrhované záplavové území zasahuje. Předložený návrh na stanovení záplavového území byl správcem toku prezentován na jednání dne Přítomní byl seznámen se zákonným omezením vyplývajícím ze stanovení záplavového území, s návrhem záplavových čar Q 100, Q 20, Q 5 a aktvních zón záplavového území. Vzhledem ke skutečnost, že k návrhu byly vzneseny přpomínky v několka konkrétních lokaltách, přstoupl správce toku ve spoluprác se zpracovatelem stude k jejch prověření. Prověření bylo vesměs založeno na místním šetření, doplňkovém geodetckém zaměření terénu v přpomínkovaných lokaltách a porovnání výsledků měření s datovým podkladem použtým ve výpočtech - dgtálním modelem terénu. Na základě prověření lokalt správce toku provedl vypořádání přpomínek ke dn , příslušný dokument k vypořádání přpomínek je přílohou této techncké zprávy na následujících dvou stranách. Z textu přílohy jsou zřejmé šetřené lokalty, výsledky šetření a vyplývající závěry. Ve dvou případech došlo na základě tohoto vypořádání a na pokyn správce toku k lokálnímu přehodnocení výstupů stude a k odpovídající úpravě záplavových čar, resp. aktvní zóny. Prvním místem je lokalta rodnného domu na pozemku p.č. 52 v k.ú. Šťáhlavce, kde na základě místního šetření a upřesněných geodetckých a projektových podkladů došlo k úpravě záplavových čar pro Q 5 a Q 20. Druhou lokaltou je oblast u hřště v obc Ždírec, kde došlo k úpravě rozsahu aktvní zóny - z aktvní zóny byl na základě přpomínky vyjmut zálv za hřštěm. Z hledska převádění průtoku lze vyjmutou část považovat za průtokově neaktvní, v oblast pasvního rozlvu se zde však př Q 100 vyskytují velké hloubky vody až do 2 metrů. Je tedy nutné explctně upozornt na skutečnost, že z AZZU vyjmutá oblast jednoznačně spadá do kategore zóny nebezpečné. 18

21

22

23 LITERATURA [1] DHI Hydronform a.s. (2005): Metodka stanovení aktvní zóny záplavového území [2] MŽP ČR (2004): Výsledná zpráva o projektu Vyhodnocení katastrofální povodně v srpnu 2002 a návrh úpravy systému prevence před povodněm [3] Povodí Vltavy s.p. (2003): Souhrnná zpráva o povodn v srpnu 2002 [4] Hydroexpert spol. s r.o. (2009): Návrh na stanovení záplavového území Úslavy, ř. km 67,395-96,770 [5] DHI a.s. (2014): Stanovení záplavového území řeky Úslavy v úseku Koterov - Šťáhlavy [6] Kejha, M. (2006): ZÚ Úslavy - archvní materál Povodí Vltavy [7] VÚV TGM, ČHMÚ (2003): Vyhodnocení katastrofální povodně v srpnu 2002 [8] Valenta P. (2004): Dvourozměrné numercké modelování proudění vody v otevřených korytech a nundačních územích. Habltační práce. ČVUT, Fakulta stavební, Praha. [9] Valenta, P a kol. (2000): Klasfkace nundačních území a předpovídání povodňových škod na báz dvourozměrného matematckého modelování povodňových stuací. In: Workshop Extrémní hydrologcké jevy v povodích, ČVUT Praha [10] Valenta, P., Valentová, J. (2001): Dvourozměrné matematcké modelování proudění vody v nundačních územích jako podklad pro územní plánování. In: Konference Orlce 2001, Jablonné nad Orlcí, Orlcká hydrogeologcká společnost [11] Valenta P., Valentová J. (2003): Detaled Numercal Modelng of Flood Flow n Floodplans wth Complex Geometry. Acta Polytechnca 3/2003, 43, [12] FSv ČVUT (2011): Aktualzace záplavového území Berounky [13] Wenka, T.- Valenta, P.- Rod, W. (1991): Depth - Average Calculaton of Flood Flows n a Rver wth Irregular Geometry. Proc. XXIV IAHR Congress, Madrd. [14] Wenka, T.- Valenta, P. (1991): Entwcklung und Austesten ener tefengemttelten Verson des FAST 2D Computer Programms. Unverstät Karlsruhe. SEZNAM PŘÍLOH 1 Techncká zpráva 2 Psaný podélný profl 3 Mapové výstupy Lsty A - Záplavové čáry pro Q 5, Q 20 a Q 100 Lsty B - Záplavová čára Q 100 a aktvní zóny záplavového území Lsty C - Charakterstky proudění (hladny, hloubky, rychlost) pro Q 5 * Lsty D - Charakterstky proudění (hladny, hloubky, rychlost) pro Q 20 * Lsty E - Charakterstky proudění (hladny, hloubky, rychlost) pro Q 100 * * pouze dgtální forma výstupu 19