Adonix, spol s r.o. Bratranců Veverkových Pardubice Akce: Labe, Opatovice nad Labem, posouzení dopravních staveb

Transkript

1 Adoni, spol s r.o. Bratranců Veverkových Pardbice Akce: Labe, Opatovice nad Labem, posození dopravních staveb Investor: Povodí Labe, státní podnik Hradec Králové červen 015 výškový sstém Bpv

2 OBSAH 1. Úvod Podklad Geodetické podklad Hdrologické podklad Popis zájmového úsek Matematický model prodění Říční rovnice D prodění HEC-RAS Saint-Venantov rovnice, rovnice Difsní vln Metoda konečných objemů Bňk výpočetní sítě Stanovení okrajových, počátečních podmínek Dolní okrajové podmínk Horní okrajové podmínk Počáteční podmínk Stanovení drsnosti Kalibrace Psaný podélný profil N-letých průtoků Labe Závěr... 10

3 1. Úvod Hdrotechnické posození tok Labe v úsek lokalitě Opatovice nad Labem (ř.km 98,3 988,5) blo zpracováno z důvod změn odtokových poměrů v rámci výstavb tělesa komnikace obchvat Opatovic (silnice I/37) a připravovaného křížení záplavového území Labe silnicí R35.. Podklad - geodetické zaměření, digitální model reliéf DMR 5G (Map rizik) - hdrologické údaje (ČHMÚ) - letecké snímk - zaměření tělesa komnikace I/37 - projekt křížení ZÚ Labe silnicí R35 - fnkční model prodění z projekt map rizik (MIKE 1C) - výsledk projekt map rizik.1. Geodetické podklad Digitální model reliéf DMR 5G Pro popis inndačního území bl posktnt digitální model reliéf 5. generace (DMR 5G) zpracovaný ČÚZK v roce 01. Digitální model reliéf České repblik 5. generace (DMR 5G) představje zobrazení přirozeného nebo lidsko činností praveného zemského povrch v digitálním tvar ve formě výšek diskrétních bodů v nepravidelné trojúhelníkové síti (TIN) bodů o sořadnicích X, Y, Z, kde Z reprezentje nadmořsko výšk ve výškovém referenčním sstém Balt po vrovnání (Bpv) s úplno střední chbo výšk 0,18 m v odkrtém terén a 0,3 m v zalesněném terén. Tvorba DMT Digitální model terén pro hdrodnamický model bl vtvořen na základě posktntých geodetických podkladů digitálního model reliéf 5. generace popisjícího tvar inndačního území a geodetického zaměření. Data bla posktnta v tetovém formát. Pro popis tvar korta tok blo posktnto stávající zaměření (kortové a objektové). Podklad bl k dispozici ve formátech tetových soborů, soborů dwg, df. Data bla posktnta v sořadném sstém S-JTSK a výškovém sstém Bpv. Sočástí zaměření je také fotodokmentace (formát jpg). Výsledný model terén pro hdrodnamický model zahrnje mračno 3D bodů dodaného DMR 5G (očištěné o bod nacházející se vnitř korta) a 3D linie definjící tvar korta, terén v blízkosti objektů a protipovodňová opatření. Tento DMT charakterizje řešené území pomocí trojúhelníkové nepravidelné sítě (tin) a bl převeden do rastrového formát s velikostí mřížk metr. 3

4 4.. Hdrologické podklad Hdrologická data bla objednána od ČHMÚ ve vbraných profilech. Tablka - N leté průtok (QN) v m 3.s -1 Hdrologický profil Datm pořízení Říční kilometr Q 5 Q 0 Q 100 Třída přesnosti Nad ústím Ločné , II. 3. Popis zájmového úsek Úsek od pardbického jez až nad Opatovice nad Labem je téměř celý reglovaný s jediným vsokým pevným jezem v Opatovicích, z jehož zdrže je odebírána voda pro tepelno elektrárn. Široké inndace jso převážně rovinaté, zatravněné, zřídka zalesněné. 4. Matematický model prodění Pro výpočet bl požit programový prostředek HEC-RAS River Analsis Sstem Version 5.0 vtvořený US Arm Corps of Engineers, Hdrologic Engineering Center Řídící rovnice D prodění Prostorové nestálené prodění s volno hladino obecně popisje sostava diferenciálních pohbových rovnic Navier-Stokesových vjadřjících zákon zachování hbnosti a rovnice spojitosti popisjící vliv zákona zachování hmot. V případě modelování D prodění s volno hladino se rovnice zjednodšjí. Za předpoklad zanedbatelných svislicových rchlostí se za podélné a příčné složk rchlostí važjí po výšce zprůměrované hodnot. Po řadě dalších úprav se jako tak zvané řídící rovnice požívají vztah (4.1a), (4.1b) přičemž vedené rovnice jso rovnicemi pohbovými po zanedbání vliv Coriollisov síl l 3 4 F p 1 g f H n g Z g t (4.1a) l 3 4 F p 1 g f H n g Z g t (4.1b) Navier-Stokesov rovnice jso požívan pro modelování prodění vazkých stlačitelných i nestlačitelných tektin. Pro modelování říčního prodění obecným kortem není ntné požívat takto složitý model, proto se zavádějí následjící zjednodšjící

5 předpoklad: važje se nestlačitelné nevazké prodění a poze horizontální rchlosti prodění, vertikální složk zrchlení prodění zanedbáme. Tento stav popisjí Saint Venantovi rovnice (4.). Z t H H 0 (4.) kde, po svislici zprůměrované rchlosti prodění ve směr os a [m.s -1 ] Z úroveň hladin [m] H hlobka vod [m] n Manningův sočinitel drsnosti [m 0.5.s -1 ] f i ztrátový koeficient změn form energie [-] dnamická viskozita [Pa.s] měrná hmotnost vod [kg.m -3 ] p tlak působící na hladin [Pa] F,F složk působících vnějších sil ve směr a [kg.m.s - ] Eaktní řešení vedené sostav diferenciálních rovnic není k dispozici, a tak jso řešitelé odkázáni na různé nmerické přístp. Obecně jso k dispozici metod založené na konečných diferencích, konečných objemech a konečných prvcích. 4.. HECRAS D Saint-Venantov rovnice, rovnice Difsní vln Program pracje bď se D Saint-Venantovými rovnicemi v plném tvar (s hbnostními charakteristikami pro trblentní a Coriollisov efekt) nebo s rovnicemi D Difsní vln (zjednodšený tvar). Toto je volitelné, což je pro živatele více fleibilní. Obecně platí, že D rovnice Difsní vln možní softwar počítat rchleji a výpočet má zároveň všší stabilit. D Saint-Venantov rovnice jso naopak požitelné pro širší škál problémů. Nicméně, mnoho modelových sitací lze přesně modelovat i s rovnicí D Difsní vln. Vzhledem k tom si moho živatelé vbrat mezi sadami rovnic, z nichž každá může být požita pro daný problém, ab zjistili, zda požívání D Saint-Venantových rovnic je možné počítat zjednodšenými rovnicemi D Difsní vln Metoda konečných objemů Rovnice D prodění vžívá program k výpočt metodo konečných objemů. Algoritms řešení možňje požít delší výpočetní časové krok. Metoda konečných objemů posktje větší stabilit, než tradiční metod konečných diferencí a konečných prvků. Smáčení a sšení D bněk je velmi variabilní. Oblasti D prodění moho být při počátk výpočt zcela sché a zvládnot náhlé zatopení. Navíc může být výpočet zpracován v režim podkritického, kritického a smíšeného prodění. 5

6 4..3. Bňk výpočetní sítě Tento software bl navržen tak, ab možnil požití nepravidelných bněk výpočetní sítě, ale zároveň mohl pracovat i s ortogonální strktro výpočetní sítě. Výpočetní bňk moho být trojúhelník, čtverce, obdélník, nebo dokonce pěti a šestistranné prvk (model je omezen na prvk až s osmi stranami). Výpočetní síť může být směs různých tvarů a velikostí bněk (viz obr.) ideálně dle terénních zlomů. Vnější hranice výpočtové sítě je definována polgonem. Výpočetní bňk, které tvoří vnější okraj sítě, můžo mít velmi detailní vícebodové hran. Velikost bňk výpočetní sítě může být značně odlišná od velikosti bňk model terén (tzv. sbgrid). Ten může být mnohem podrobnější, na stabilit výpočt to nemá vliv Stanovení okrajových, počátečních podmínek Dolní okrajové podmínk Jako dolní okrajová podmínka bl pro jednotlivé N-leté průtok převzat úrovně hladin ze stdie Středního Labe (projekt Map rizik) v ř.km 98,031 (nad mostem Hrobice). Q 5 3,00 m n.m. Q 0..3,60 m n.m. Q 100.4,00 m n.m Horní okrajové podmínk Jako horní okrajová podmínka bla zadána škála průtoků tok Labe zpracovaná Českým hdrometeorologickým ústavem v profil nad Ločno. 6

7 Počáteční podmínk Do počátečních podmínek bl zadán kót hladin ve všech bodech výpočetní sítě rčené v závislosti na výškách hladin dolních okrajových podmínek Stanovení drsnosti Hdralická drsnost a místní zvýšené odpor prodění jso pro model HECRAS zadáván pro každý bod výpočetní sítě. Základní mapa drsností bla vtvořena zpracováním polgonů s různými hodnotami sočinitele drsností nad vrstvo podrobných ortofotomap. Hodnot Manningova sočinitele drsnosti n - popis povrch n říční korto, plavební dráha 0,04 0,04 hladké ploch, lice, volná prostranství 0,030 nízká, sekaná tráva 0,035 0,040 všší, nesekaná tráva, pole 0,040 řídký lesní porost 0,05 hstý lesní porost 0,087 keře 0,095 technické stavb 0,070 0,100 plot 0,090 0, Kalibrace Model bl kalibrován na výšk hladin převzaté z hdralického model tok Labe z projekt Map rizik. 7

8 5. Psaný podélný profil N-letých průtoků Labe Úroveň Staničení dna Q5 H5 Q0 H0 Q100 H100 Poznámka [ř. km] [m n.m.] [m 3 /s] [m n.m.] [m 3 /s] [m n.m.] [m 3 /s] [m n.m.] 98,100 16,85 40, ,00 3,57 834, ,00 17,41 40, ,00 3,59 834, ,300 19,19 40, , , ,400 18,34 40, , , ,500 18,07 40, , , ,600 18,31 40, , , ,700 18,35 40, , , ,800 18,1 40, , , ,900 17,87 40, , , ,000 18,0 40, , , ,100 18,44 40, , , ,00 18,81 40, , , ,300 18,44 40, , , ,400 18,47 40, , , ,500 18,47 40, , , ,600 18,45 40, , , ,700 19,19 40, , , ,800 18,48 40, , , ,900 18,61 40, , , ,000 18,36 40, , , ,100 19,7 40, , , ,00 18,77 40, , , ,300 18,67 40, , , ,400 18,67 40, , , ,500 18,46 40, , , ,600 18,9 40, , , ,700 18,4 40, , , ,800 17,99 40, , , ,900 18,31 40, , , ,000 18,73 40, , , ,100 18,70 40, , , ,00 18,30 40, , , ,300 19,69 40, , , ,400 18,1 40, , , ,500 18,04 40, , , ,600 17,68 40, , , ,700 17,05 40, , , ,800 17,3 40, , , ,900 17,77 40, , , ,000 17,41 40, , , ,100 16,44 40, , , ,00 18,44 40, , ,

9 986,300 18,44 40, , , ,400 17,55 40, , , ,500 18,17 40, , , ,600 17,56 40, , , ,700 17,37 40, , , ,800 17,6 40, , , ,900 17,73 40, , , ,000 18,1 40, , , ,100 18,01 40, , , ,00 18,59 40, , , ,300 18,71 40, , , ,400 17,55 40, , , ,500 19,31 40, , , ,600 18,88 40, , , ,605 18,90 40, , , ,615 18,84 40, , , MOST OPATOVICE 987,65 18,9 40, , , ,700 19,6 40, , , ,800 19,53 40, , , ,853 5,3 40, , , ,863 5,3 40, , , JEZ OPATOVICE 987,873 3,00 40, , , ,900 0,46 40, , , ,000 1,46 40, , , ,100 0,86 40, , , ,00 1,16 40, , , ,300 1,4 40, , , ,400 1,34 40, , , ,500 1,45 40, , , ,600 1,78 40, , , ,700 1,61 40, , , ,800 1,70 40,00 6,76 603,00 6,86 834,

10 6. Závěr Předmětem hdrotechnického posození blo zpracování záplavového území Labe v úsek ř.km 98,3 988,5 z důvod změn odtokových poměrů vlivem výstavb tělesa komnikace obchvat Opatovic (silnice I/37) a připravovaného křížení záplavového území Labe silnicí R35. V rámci posození bl zpracován psaný podélný profil hladin a rozsah záplavového území pro průtok Q 5, Q 0 a Q 100 v sitaci 1: