Neštěmický potok - studie záplavového území, ř. km A Technická zpráva

Transkript

1 Akce: Neštěmický potok - studie záplavového území, ř. km Část: Termín dokončení: Objednatel: Povodí Ohře, státní podnik Bezručova Chomutov Zhotovitel: Doc. Ing. Aleš Havlík, CSc. - REVITAL Suchý vršek Praha 5 Hlavní řešitel: Doc. Ing. Aleš Havlík, CSc. Spoupracovníci: Mgr. Barbora Havlíková

2 OBSAH : ZÁKLADNÍ ÚDAJE 3 1 ZADÁNÍ VYMEZENÍ PLNĚNÍ ZAKÁZKY 4 PODKLADY 5 3 CHARAKTERISTIKA ŘEŠENÉHO ÚSEKU 6 4 HISTORICKÉ POVODNĚ 19 5 HYDROLOGICKÁ DATA 4 6 TOPOGRAFICKÁ DATA 5 7 MATEMATICKÝ MODEL HYDROTECHNICKÉ VÝPOČTY Metodika výpočtu 6 7. Geometrický model Okrajové podmínky Stanovení drsnosti Kalibrace modelu 31 8 VYMEZENÍ ZÁPLAVOVÉHO ÚZEMÍ A JEHO AKTIVNÍ ZÓNY 3 9 POPIS PRŮBĚHU ŠÍŘENÍ POVODNÍ DOPORUČENÍ PRO ZVÝŠENÍ PROTIPOVODŇOVÉ OCHRANY VÝSTUPY 39

3 ZÁKLADNÍ ÚDAJE Název akce dle SoD: Stručný popis akce: Dotčené obce: Katastrální území: Kraj: Vodoprávní úřad příslušný ke stanovení záplavového území: Neštěmický potok studie záplavového území Stanovení záplavového území od začátku úseku (soutok s Labem) až po konec úseku nad konec zástavby Ryjic, ř. km Ústí nad Labem, Ryjice Neštěmice, Ryjice Ústecký Kraj OŽP Magistrát města Ústí nad Labem Vodní tok: Neštěmický potok, IDVT: Správce vodního toku: Číslo hydrologického povodí: Objednatel: Číslo smlouvy objednatele: 508/014 Zpracoval: Vypracoval: Povodí Ohře, státní podnik, závod Terezín Povodí Ohře, státní podnik Bezručova 419, p.s Chomutov Doc. Ing. Aleš Havlík, CSc. REVITAL Suchý vršek Praha 5 Doc. Ing. Aleš Havlík, CSc. REVITAL Suchý vršek Praha 5 3

4 1 ZADÁNÍ VYMEZENÍ PLNĚNÍ ZAKÁZKY Studii záplavového území Neštěmického potoka zpracoval její řešitel v průběhu roku 014. Zájmové území bylo zadavatelem, kterým je správce vodního toku státní podnik Povodí Ohře, přesně vymezeno souřadnicemi JTSK: začátek úseku: soutok s Labem / , konec úseku: nad obcí Ryjice / Základními výstupy zpracování studie byly výpočet 1D ustáleného nerovnoměrného proudění pro všechny N-leté průtoky, stanovení rozsahu záplavového území a jeho aktivní zóny v souladu s platnou metodikou, psaný podélný profil, podélný profil, údolní profily, technická zpráva, evidenční listy objektů. Přesná specifikace rozsahu a formátu příloh byla specifikována v přílohách Smlouvy o dílo. 4

5 PODKLADY Geodetické podklady Ke zpracování geometrického modelu koryta Neštěmického potoka a jeho záplavového území bylo nejprve potřeba zajistit potřebné geodetické podklady: zaměření příčných a údolních profilů koryta potoka a záplavového území, digitální model terénu ČUZK 5. generace. Mapové podklady Z mapových podkladů byly při výpočtech a zpracování závěrečných výstupů použity následující mapové podklady: letecké ortofoto snímky, digitální rastrové mapy ZABAGED. Použitý software V průběhu přípravy dat, výpočtů a zpracování výstupů byl použit následující software: HEC-RAS, matematický model obsahující i modul na výpočet ustáleného nerovnoměrného proudění, AutoCad 004, ProgeCad 014, programy pro přípravu digitálních výkresů, ArcView v9., QGIS, programy na přípravu výstupů pro geografické informační systémy, Atlas, program pro zpracování digitálního modelu terénu. 5

6 3 CHARAKTERISTIKA ŘEŠENÉHO ÚSEKU Situace trasy koryta řešeného úseku Neštěmického potoka je znázorněna na podkladu mapy ZABAGED na obrázku 3.1. Obr Rozsah řešeného úseku Neštěmického potoka 6

7 Důležitým parametrem, který významně pomáhá charakterizovat vodní tok, jsou jeho sklonitostní poměry. Schematický podélný profil řešeného úseku je zobrazen na obrázku 3. (poznámka počátek relativního staničení grafu odpovídá ř. km Z něj je patrné, že od horního konce řešeného úseku až k profilu staničení ř. km je průměrný sklon dna mimořádně vyrovnaný, teprve v závěrečné části toku mírně poklesává. Vývoj průměrného sklonu dna nezatrubněné části koryta je číselně uveden v tabulce 3.1. Obr. 3. Schematické znázornění podélné profilu dna Neštěmického potoka Tab. 3.1 Vývin průměrného sklonu dna v nezatrubněných úsecích podélného profilu Neštěmického potoka Úsek [ř. km] Sklon [%] Poznámka Ovlivněno úrovní dna zatrubněného úseku 7

8 Neštěmický potok protéká krátkým strmým údolím a ústí do řeky Labe na severním okraji města Ústí nad Labem. Na převážné délce protéká zastavěným územím. Koryto je proto na většině své délky upraveno s častým výskytem stabilizačních spádových objektů. Na samém horním konci řešeného úseku vede trasa koryta Neštěmického potoka v blízkosti několika rodinných domků obce Ryjice. Koryto je zde upraveno, úroveň dna je značně zahloubena oproti okolnímu terénu (Foto 3.1 a 3.). Šikmé břehové svahy jsou opevněny dlažbou. Po této krátké části již potok začíná protékat lesem, úprava koryta proto končí. V tomto úseku se nachází kamenný stupeň bez vývaru v profilu ř. km 3.58 (Foto 3.3), který plní funkci stabilizace koryta. Na úrovni středu obce Ryjice dosahují zahrady domů výjimečně až ke břehu potoka, v blízkosti koryta vodního toku se však nacházejí pouze velmi drobné kůlny, obytné budovy stojí v bezpečné vzdálenosti i výšce (Foto 3.4) Foto 3.1 Upravené koryto Neštěmického potoka kolem profilu ř. km Foto 3. Upravené koryto Neštěmického potoka kolem profilu ř. km

9 Foto 3.3 Kamenný stupeň bez vývaru v ř. km 3.58 Foto 3.4 Koryto Neštěmického potoka v Ryjicích v dosahu několika zahrad Pod Ryjicemi křižuje v lesním úseku trasu potoka vysoký klenbový most. V jeho okolí bylo koryto upraveno. Především se zde mimořádně rozšiřuje jeho dno, malá část břehových svahů je opevněna dlažbou (Foto 3.5). Těsně pod klenbovým mostem byla na potoce vybudována štěrková přehrážka. Její záchytný prostor byl v době prohlídky toku odtěžen a přehrážka byla připravena plnit svou hlavní funkci spočívající v zachycení protékajících splavenin (Foto 3.6). Za touto přehrážkou pokračuje trasa potoka dále velmi úzkým strmým zalesněným údolím. V této části byla niveleta dna stabilizována několika spádovými objekty. Poslední z nich se nachází v profilu ř. km.48 (Foto 3.7). Od tohoto objektu již Neštěmický potok protéká až ke svému ústí souvislou zástavbou městské části Ústí nad Labem Neštěmicemi. 9

10 Foto 3.5 Upravené koryto nad klenbovým mostem Foto 3.6 Přehrážka pod klenbovým mostem Foto 3.7 Poslední spádový objekt nad začátkem zástavby Neštěmic 10

11 Na počátku Neštěmic se charakter koryta mění. První objekty se nacházejí za levým břehem v úseku ř. km.500 až.400. Koryto má ve své spodní části vyzděné šikmé břehy, na levé straně pak navazuje svislá opěrná zeď. V úseku se nachází několik betonových lávek, jejichž tenká konstrukce je umístěna v úrovni břehů, do průtočného profilu však zasahují různé podpůrné konstrukce (Foto 3.7). Stejný charakter úpravy pokračuje ještě cca 100 m pod místní silniční most. Dále ve směru proudění tato úprava přechází v relativně přirozené zahloubené koryto (Foto 3,8), zástavba se v bezprostřední blízkosti vyskytuje jen výjimečně. Foto 3.7 Upravené koryto nad klenbovým mostem Foto 3.8 Ukončení úpravy pod mostním objektem v ř. km.363 K již souvislé zástavbě se potok dostává nad silničním mostem v ř. km.8. Těsně nad ním se přirozený charakter mění v razantní úpravu. Přirozený šikmý břeh je opevněn rovnaninou, sklon svahu se postupně blíží svislému sklonu a opevnění přechází v kamennou dlažbu (Foto 3.9). K objektu uvedeného mostu již přichází koryto s obdélníkovým profilem. Obdélníkové koryto se svislými opěrnými zdmi pak 11

12 pokračuje i v úseku pod mostem (Foto 3.10), kde pozemky rodinných domů zasahuji bezprostředně k břehové hraně a koryto je pro obchůzku nedostupné. Od profilu cca ř. km.150 sklony břehových svahů opevněných dlažbou různě mění (Foto 3.11). Oba břehy zde spojují 3 lávky pro pěší. Tento způsob úpravy končí přibližně v profilu ř. km.050. V navazujícím části nejsou břehy potoka opevněny, trasa koryta se po krátkém oblouku zcela přimyká tělesu silnice, zde je koryto opět upraveno do lichoběžníkového profilu s pozvolnějšími svahy a menším zhloubením dna oproti okolnímu terénu, než tomu bylo v předcházejícím úseku (Foto 3.1). Foto 3.9 Začátek úpravy nad silničním mostem v ř. km.8 Foto 3.10 Začátek úpravy nad silničním mostem v ř. km.8 1

13 Foto 3.11 Úprava koryta kolem profilu ř. km.150 Foto 3.1 Úprava koryta podél silnice v úseku ř. km 1.98 až 1.88 Nad silničním mostem v ř. km protéká potok v úzkém pásu mezi budovami, pod ním pokračuje opět rozšířené koryto s hojnými náplavy a balvany ve dně. (Foto 3.13). Od profilu ř. km vede trasa potoka opět bezprostředně podél silnice, koryto je obdélníkové, levý břeh je tvořen svislou opěrnou zdí, pravý břeh základy budov, které až k profilu ř. km 1.5 koryto doprovází. Dno je stabilizováno řadou drobných stupňů ve dně (Foto 3.14), rovněž se zde nachází několik cestních mostů spojující jednotlivé budovy se silnicí. Nad silničním mostem v ř. km 1.47 je podélný profil stabilizován několika vysokými spádovými objekty (Foto 3.15). Obdobný charakter, kdy je stabilita dna koryta zajištěna řadou spádových objektů, má Neštěmický potok i pod tímto silničním mostem (Foto 3.16). V části těsně nad dalším silničním mostem v ř. km dostávají opevněné břehové svahy téměř svislý sklon (Foto 3.17). 13

14 Foto 3.13 Stav koryta pod silničním mostem v ř. km Foto 3.14 Koryto potoka podél silnice v kolem profilu ř. km Foto 3.15 Vysoký skluz nad silničním mostem v ř. km

15 Foto 3.16 Koryto stabilizované drobnými stupni v úseku podíl dlouhé řady garáží Foto 3.17 Úprava koryta nad silničním mostem v ř. km Do centra městské části Neštěmice se potok dostává pod šikmým mostem v ř. km na hlavní silnici vedoucí z Neštěmic do Ryjic. Pod tímto mostem pokračuje upravené koryto, břehové svahy jsou opevněny kamennými dlažbami a mají různý sklon dle místních podmínek (Foto 3.18). Koryto zde křižuje řada trubních přeložek (Foto 3.19), oba břehy spojuje místní silniční most v ř. km a lávka pro pěší v ř. km 1.057, dno je opět stabilizováno řadou stupňů ve dně (Foto 3.19). 15

16 Foto 3.18 Úprava koryta nad silničním mostem v ř. km Foto 3.19 Křížení koryta s inženýrskými sítěmi (potrubní mosty) Foto 3.19 Typický stupeň ve dně a lávka pro pěší v úseku nad hlavním silničním mostem v ř. km

17 Pod širokým silničním mostem v ř. km se nachází pouze menší stupně (Foto 3.0). Za mostem na hlavním silničním tahu z Ústí do Děčína v ř. km 0.866, jehož niveleta vysoce převyšuje okolní terén, se trasa potoka stáčí doprava a dále vede v délce necelých 300 m podél koridoru železniční trati (Foto 3.1). Od profilu v ř. km (Foto 3.) vede potok v zatrubněném úseku pod rozsáhlým průmyslovým areálem a krátce za jeho výtokovým profilem ústí do řeky Labe. Foto 3.0 Mírně zanesené koryto pod silničním mostem v ř. km Foto 3.1 Zarostlé koryto podél železničního koridoru 17

18 Foto 3. Vtokový profil do zatrubněného úseku pod průmyslovým areálem před zaústěním do Labe 18

19 4 HISTORICKÉ POVODNĚ Na Neštěmickém potoce se nenachází žádná vodoměrná stanice Českého hydrometeorologického ústavu ani správce vodního toku. V srpnu 010 proběhla na potoce významná povodňová situace. Během ní sice nedošlo k vybřežení vody z koryta, na několika místech však došlo k poškození opevnění koryta. Pracovníci správce vodního toku pořídili v průběhu povodně podrobnou fotodokumentaci. Kulminační průtok nebyl doposud vyhodnocen. Tyto podklady proto nemohly být využity pro kalibraci. Alespoň přibližné vyhodnocení povodně bylo možné provést porovnáním povodňových snímků se stavem při běžném průtoku. To je provedeno na fotografiích 4.1 až Foto 4.1 a 4. Porovnání průběhu hladiny za běžného průtoku a během povodně ze srpna 010 pro úsek nad cestním mostem v ř. km Foto 4.3 a 4.4 Porovnání průběhu hladiny za běžného průtoku a během povodně ze srpna 010 pro úsek nad silničním mostem v ř. km.8 19

20 Foto 4.5 a 4.6 Porovnání průběhu hladiny za běžného průtoku a během povodně ze srpna 010 pro úsek nad cestním mostem v ř. km Foto 4.7 a 4.8 Porovnání průběhu hladiny za běžného průtoku a během povodně ze srpna 010 pro úsek nad silničním mostem v ř. km Foto 4.9 a 4.10 Porovnání průběhu hladiny za běžného průtoku a během povodně ze srpna 010 pro úsek nad silničním mostem v ř. km

21 Foto 4.11 a 4.1 Porovnání průběhu hladiny za běžného průtoku a během povodně ze srpna 010 v úseku mezi ř. km až Ze všech obrázků vyplývá, že hladina byla v uvedených úsecích bezpečně v korytě. Nejpřesnější odhad úrovně hladiny za povodně z roku 010 bylo možné udělat z porovnání fotografií pro úsek nad silničním mostem v ř. km.8 a pro úsek mezi ř. km až V prvním případě se mohla hloubka vody v obdélníkovém korytě pohybovat kolem 1/3 celkové hloubky koryta v druhém případě to bylo přibližně 1/ hloubky koryta. Na přiložených obrázcích 4.1 a 4. jsou vykresleny zaměřené profily z obou úseků s vyznačenými úrovněmi hladin, které nejvíce odpovídaly uvedeným odhadům. Pro profil v ř. km.33 by odhadnutá linie hladiny z povodňové fotografie měla odpovídat přibližně úrovni hladiny nerovnoměrného proudění pro průtok cca Q 10, v případě profilu v ř. km pak průtoku Q 0. Obr. 4.1 Příčný řez profilem v ř. km.3 s vyznačením úrovně hladiny při povodňovém průtoku Q 10 1

22 Obr. 4. Příčný řez profilem v ř. km.3 s vyznačením úrovně hladiny při povodňovém průtoku Q 0 Z uvedené analýzy vyplynulo, že průtok, který by nejlépe mohl odpovídat stavu z fotografické dokumentace provedené v průběhu povodně, se mohl pohybovat v mezi Q 10 až Q 0. Vzhledem k tomu, že fotografie nemusely být provedeny v čase kulminace povodně, mohla být maximální hladina ještě vyšší. Proto lze vyslovit odhad, že se mohlo jednat přibližně o povodeň Q 0. Z fotografií je také patrné to, co vyplynulo i z výpočtů průběhů hladin. Za povodňových průtoků lze počítat na převážné délce Neštěmického potoka s velkými rychlostmi proudění doprovázenými s jevy, jako jsou pulzace na hladině, příčné vlny a podobně. To je patrné například z fotografií Foto 4.13 Hladina s intenzivními vlnami za povodně 010 v úseku pod cestním mostem v ř. km

23 Průvodním jevem povodňových situací je zvýšené namáhání koryt vodních toků. Významné poškození v takových případech hrozí mimo jiné u staršího nepružného opevnění koryta kamennou dlažbou, která je pro Neštěmický potok typická. V případě nedostatečně hluboko založeného základu opevnění nebo poškození spárování a odnosu jemnozrnného materiálu z podloží dlažby hrozí vlivem velkých rychlostí a tlakových pulzací za povodní k destrukcím dlažeb a vzniku nátrží. Ukázka poškození vybraných úseků a způsob jejich opravy je zdokumentován na dvojicích fotografií 4.14 a 4.15, respektive 4.16 a Foto 4.14 a 4.15 Poškození kamenné dlažby za povodně v roce 010 a její rekonstruovaný stav v okolí lávky pro pěší v ř. km.118 Foto 4.16 a 4.17 Poškození betonového kompaktního betonového opevnění za povodně v roce 010 a jeho rekonstruovaný stav pod lávkou pro pěší v ř. km.006 v bezprostředním okolí silnice 3

24 5 HYDROLOGICKÁ DATA Na základě výsledků prvního kontrolního dne, zajistil řešitel zpracování N-letých průtoků pro profil Neštěmického potoka v místě obce Ryjice v profilu štěrkové přehrážky a dále v profilu ústí do řeky Labe. Tyto údaje zpracovala pobočka ČHMÚ v Ústí nad Labem, hodnoty jsou společně uvedeny v tabulce.1 Na vodním toku neprovozuje ČHMÚ žádnou vodoměrnou stanici, průtoky byly proto odvozeny pomocí analogie a třída přesnosti byla pro oba profily stanovena jako IV. Číslo hydrologického povodí bylo oba profily shodné: Tab.5.1 N-leté průtoky na Neštěmickém potoce Profil F Q 1 Q Q 5 Q 10 Q 0 Q 50 Q 100 [km ] [m 3.s -1 ] [m 3.s -1 ] [m 3.s -1 ] [m 3.s -1 ] [m 3.s -1 ] [m 3.s -1 ] [m 3.s -1 ] Ryjice, štěrková př ústí do Labe

25 6 TOPOGRAFICKÁ DATA Klasické zaměření koryta a inundačního území Příčné profily korytem Neštěmického potoka a částmi navazujícího inundačního území byly zaměřeny s průměrnou vzdáleností cca 100 m, kromě profilů byly zaměřeny i veškeré objekty na toku. Geodetické práce zpracoval Ing. Balvín, a to v souřadném systému S-JTSK a výškovém systému Balt po vyrovnání. Geodetický elaborát obsahuje 74 příčných profilů, 1 mostních objektů, 37 spádových objektů. Digitální model terénu Pro vytvoření digitálního modelu terénu záplavového území poskytl správce vodního toku řešiteli Digitální model reliéfu DMR 5g, který zpracoval Český úřad zeměměřičský a katastrální. Tento model je zpracován v textovém souboru v souřadném systému S-JTSK a výškovém systému Balt po vyrovnání v mapových listech.5x km shodných se základní mapou 1:5000. Konkrétně byly použity tyto mapové listy: USTL6, USTL7, USTL8. Mapové podklady Správce vodního toku poskytl řešiteli rovněž ortofoto snímky, které byly zpracovány do shodných mapových listů jako soubory pro digitální model terénu. USTL6, USTL7, USTL8. Digitální rastrové mapy ZABAGED požadované jako podklad map záplavového území byly zakoupeny u Českého zeměměřičského a katastrálního úřadu. Jednalo se o tyto čtverce x km: , ,

26 7 MATEMATICKÝ MODEL HYDROTECHNICKÉ VÝPOČTY 7.1 Metodika výpočtu Výpočet průběhu hladin při 1D nerovnoměrném proudění je zpravidla řešen pomocí takzvané metody po úsecích. Ta vychází z rovnice Bernoulliho a z fyzikálního hlediska vyjadřuje zákon zachování mechanické energie. Průběh hladiny nerovnoměrného proudění mezi dvěma profily ukazuje obr v 1 g i E dz i g v E dl y 1 y i 0 dl 1 i 0 dl Obr Průběh hladin nerovnoměrného proudění Základní výpočetní postup vyplývá ze známé rovnice Bernoulliho v 1 v i0 L y 1 y ie L (7.1.) g g kde i o sklon dna [-] i e sklon čáry energie [-] L vzdálenost mezi profily [m] y 1, y hloubky proudění v horním a dolním profilu [m] v 1, v průřezové rychlosti v horním a dolním profilu [m.s -1 ] - Coriolisovo číslo [-] 6

27 Pro sklon čáry energie platí i E Q Q (7..) C S R K P P P p kde Q průtok vody [m 3.s -1 ] C P průměrná hodnota Chezyho součinitele v úseku [m 0.5 s -1 ] S P průměrná průtočná plocha v úseku [m] R P průměrný hydraulický poměr v úseku [m] K p průměrná hodnota modulu průtoku v řešeném úseku [m 3.s -1 ] a rozdíl hladin lze potom při doplnění o případný člen vyjadřující vliv místních ztrát stanovit z rovnice Q y g 1 S1 1 S Q K p v 1 v L g kde y rozdíl hladin [m] S 1, S průtočné plochy v horním a dolním profilu [m ] K p průměrná hodnota modulu průtoku v řešeném úseku [m 3.s -1 ] - součinitel místní ztráty náhlou změnou průřezu [-] (7.3.) V případě povodňových situací může být průběh hladin významně ovlivněn hydraulickou funkcí mostních objektů. Obecně může u mostů nastat několik režimů proudění s různými přístupy k řešení. Způsob výpočtu charakteristik proudění mostním objektem závisí na průběhu hladiny v mostním objektu a jeho blízkém okolí. Ty jsou znázorněny na obrázku Obr. 7. Charakteristické průběhy hladin při proudění mostními objekty Jednotlivé režimy proudění mostním objektem jsou: 7

28 1. proudění s volnou hladinou neovlivněné dolní vodou. proudění s volnou hladinou ovlivněné dolní vodou 3. proudění se zatopeným vtokem a volným výtokem 4. proudění se zatopeným vtokem i výtokem (tlakové proudění) 5. přelévaný mostní objekt Pro řešení proudění s volnou hladinou lze použít přístup, který vychází z Bernoulliho rovnice. Za předpokladu zanedbání sklonu mezi profily 1 a můžeme napsat v v v Q E y (7.4.) 1 1 y y g g g g S kde E úroveň čáry energie v profilu 1 [m] y 1, y hloubky proudění v profilech 1 a [m] v 1, v střední rychlosti vody v profilech 1 a [m s -1 ] Q průtok mostním objektem [m 3 s -1 ] S průtočná plocha mostního profilu [m ] φ rychlostní součinitel [-] součinitel místní ztráty na vtoku [-] V případě proudění ovlivněného dolní vodou se doporučuje za hloubku y dosazovat přímo hloubku dolní vody y 4 z profilu 4 těsně za mostem. Hloubka y bývá rovněž označována jako y, y 4 potom jako y d. Kromě tohoto postupu je k dispozici metoda vycházející z rovnice zachování hybnosti (momentová rovnice). Ta spočívá v postupném uplatňování základní rovnice na profily 4-3, 3- a konečně -1. V případě, že dojde k zatopení vtoku, ale výtok z mostu zůstává i nadále volný, nejedná se ještě o tlakové proudění. V tomto případě je možné použít rovnici H v 1 Q CZ S3 g y 1 g (7.5) kde C Z koeficient závisející na míře vzdutí hladiny nad spodní líc mostovky [ ] H vzdálenost mezi dnem a úrovní spodního líce mostovky [m] Při výpočtu zatopeného mostu na vtoku i výtoku lze chápat proudění jako výtok otvorem. V tomto případě se použije rovnice 1 4 Q v S g E y (7.6.) 0. 5 kde E 1 úroveň energetické čáry v profilu 4 [m] y 4 úroveň hladiny v profilu 1 [m] S průtočná plocha mostního otvoru [m ] v - součinitel výtoku mostního otvoru [ ] Proudění za situace, kdy dochází k přelití mostní konstrukce, se doposud řešilo jako kombinace výtoku otvorem a přepadem přes širokou korunu. Výsledky výše uvedeného fyzikálního výzkumu ukázaly, že tento postup nepopisuje věrně trojrozměrné proudění v okolí objektu (především opětné spojení proudů za mostem). 8

29 7. Geometrický model Geometrický model koryta a záplavového území je v případě užití 1D modelu tvořen soustavou údolních profilů a případnými mostními a spádovými objekty. K sestavní modelu byly použity zaměřené profily, tam kde se očekával rozsah záplavového území větší, než byla délka zaměřených profilů, byl k jejich prodloužení použit sestavený digitální model terénu. Protože v celé délce potoka nedocházelo při výpočtech k významnému vylití vody z koryta, pro výpočty ustáleného nerovnoměrného proudění mohl být pro všechny N-leté průtoky použit nevětevný model. Jeho schéma je znázorněno na obrázku 7.1 Obr. 7.1 Schéma nevětevného modelu Neštěmického potoka 9

30 7.3 Okrajové podmínky Nezbytnou součástí modelování proudění vody je sestavení okrajových podmínek. Horní okrajová podmínka Horní okrajová podmínka určuje velikost průtoku, který přitéká do modelu na jeho horním okraji,a dále velikost průtoku, který se do koryta toku vlévá v místě bočních přítoků. Při výpočtech byly použity N-leté průtoky uvedené v kapitole. Protože se v celém řešeném úseku vlévá do Neštěmického potoka jen jeden bezejmenný potok, nebylo třeba stanovovat N-leté průtoky pro další profily toku. Průtoky použité při výpočtech s uvedením říčního kilometru platnosti jsou uvedeny v tabulce 7.1. Tab. 7.1 Průtoky použité v jednotlivých úsecích modelu Neštěmického potoka Úsek Q 1 Q Q 5 Q 10 Q 0 Q 50 Q 100 [ř. km] [m 3.s -1 ] [m 3.s -1 ] [m 3.s -1 ] [m 3.s -1 ] [m 3.s -1 ] [m 3.s -1 ] [m 3.s -1 ] Dolní okrajová podmínka Dolní okrajová podmínka určuje za předpokladu říčního proudění výchozí úroveň na dolním okraji modelu, v tomto případě tedy v místě ústí do řeky Labe. Po dohodě se správcem toku nebylo pro výchozí úroveň hladin v místě zaústění uvažováno se souběžným výskytem povodňové situace na Labi a Neštěmickém potoce. 7.4 Stanovení drsností Důležitou součástí výpočtů nerovnoměrného proudění je stanovení odporů koryta a inundačního území. Při stanovení konkrétních hodnot pracoval autor jednak s dostupnou literaturou (zejména se jednalo o katalogy drsností), hlavně však využíval svých vlastních poznatků v rámci své výzkumné práce v oblasti odporů koryt vodních toků. Z nich mimo jiné vyplynuly poznatky, které autor uplatnil v rámci této studie: při srovnatelných tvarech a površích vycházely u menších koryt hodnoty součinitele drsnot vždy větší, u profilů s obdélníkovým profilem vycházely při vyhodnocení hodnoty součinitele drsnosti větší než u porovnatelných profilů lichoběžníkových. 30

31 Použité hodnoty součinitelů drsnosti koryta pro jednotlivé úseky jsou uvedeny v tabulce 7.. Tab. 7. Hodnotu součinitele drsnosti koryta Neštěmického potoka použité v jednotlivých úsecích Úsek [ř. km] Popis koryta n Upravené hluboké s částí vyzděných břehů a hrubozrnným materiálem dna Přirozené koryto v lesním úseku Upravené koryto s mírně zarostlým pravým břehem Neupravené koryto Upravené obdélníkové koryto Zarostlé neupravené koryto Upravené lichoběžníkové koryto Obdélníkové koryto s překážkami Upravené koryto s četnými násosy a překážkami Upravené koryto s místními nepravidelnostmi dna Součinitel drsnosti inundačního území byl pro lesní úseky uvažován hodnotou 0., pro zahrady s příčnými ploty s drobnými stavbami 0., louku 0.05 a silnice Výpočty proudění ukázaly, že za povodňových průtoků se na převážné délce bude vyskytovat proudění velmi blízké kritickému. Protože kritická závisí pro daný průtok výhradě na velikosti a tvaru koryta, v případě Neštěmického potoka ovlivnila volba součinitelů drsnosti vypočtený průběh hladiny podstatně méně než u toků s menším skonem dna a výrazně říčním prouděním. 7.5 Kalibrace modelu Protože nebyly k dispozici žádné údaje o velikosti průtoků za historických povodní ani značky po povodňových hladinách, nemohla být kalibrace modelu provedena. 31

32 8 VYMEZENÍ ZÁPLAVOVÉHO ÚZEMÍ A JEHO AKTIVNÍ ZÓNY Hranice záplavového území Stanovení rozsahu záplavového území je založeno na výpočtu průběhu hladin 1D ustáleného nerovnoměrného proudění pro průtoky Q 5, Q 0 a Q 100 v souladu s platnou metodikou pro stanoven záplavového území. Základem jsou přesně stanovené průsečíky hladiny v jednotlivých profilech s údolními profily, které jsou definovány souřadnicemi souřadného systému S-JTSK a 1 výškovou kótou ve výškovém systému Balt po vyrovnání. Z vytvořených 3D polygonů byly následně sestrojeny digitální modely hladin uvedených průtoků a proveden průnik s digitálním modelem terénu záplavového území. Takto sestrojená čára je na závěr podrobena ručnímu inženýrskému dopracování. Tento krok má zohlednit zejména skutečnost, že 1D přístup uvažuje jen konstantní úroveň hladiny v celém profilu. Typickými místy, kdy nelze mechaniky softwarové výstupy převzít jsou úseky v okolí mostů v případech, kdy je koryto pod mostem schopno provést průtok bez vybřežení, nad mostem však dojde vlivem ztrát ke vzdutí hladiny a vylití z vody z koryta, která se do něj bezprostředně pod mostem zpravidla nemůže vrátit. V případě, že nad hladinu vody vystupují lokální vyvýšeniny terénu, nejsou tyto ostrovy při vykreslování záplavového území respektovány a záplavové území je navrženo jako souvislá plocha bez ostrovů. Aktivní zóna záplavového území Při návrhu rozsahu aktivní zóny záplavového území, byl jako vstupní kritérium použit přístup, na základě kterého se její hranice stanovuje na základě rozdělení měrných průtoků tak, aby v určeném pásu protékal průtok odpovídající 80% celkového průtoku Q 100. Jako další kritérium byla použita metoda založená na analýze průběhu svislicových rychlostí a hloubek vody při proudění vody v záplavovém území při průtoku Q

33 9 POPIS PRŮBĚHU ŠÍŘENÍ POVODNÍ Úsek ř. km Zde protéká potok kolem několika obytných budov obce Ryjice. Upravené koryto zde má kapacitu větší než na Q 100, v úseku se nachází cestní mostky, v obou případech se bude i za tohoto průtoku jednat o proudění s volnou hladinou a volnou výškou ke spodku mostovky minimálně 35 cm. Úsek ř. km V této dlouhé části protéká Neštěmický potok lesním úsekem. Krátkou výjimkou je dílčí úsek na úrovni centra obce Ryjice, kde prakticky až k břehu zasahují louky zahrad. Koryto je zde upraveno jen v okolí vysokého klenbového mostu v ř. km.81. Ve zbývajících částech je koryto přirozené, k vylití vody z koryta bude proto docházet často i za malých povodňových průtoků. Údolí je však úzké a v dosahu záplavového území se nenachází žádný stavební objekt. Úsek ř. km V profilu ř. km cca.45 opouští potok lesní úsek a začíná protékat zástavbou městské části Ústí nad Labem Neštěmic. První obytné domy se nacházejí po levé straně. Koryto má zde kapacitu větší než Q 100, několik místních lávek pro pěší u zahrad má spodek mostovky na úrovni břehových hran nad hladinou, do průtočného profilu však zasahují různé podpůrné konstrukce (Foto 9.1). Foto Lávky pro pěší v okolí profilu ř. km.450 s podpůrnými konstrukcemi zasahujícími do průtočného profilu 33

34 V případě extrémních povodňových situací hrozí unášení předmětů po hladině, které mohou tyto podpůrné konstrukce poničit a následně způsobit destrukci celé lávky a její pád do koryta. V případě níže ležícího silničního klenbového mostu bude proudění mostem tlakové a úroveň hladiny při průtoku Q 100 bude jen o 10 cm níže než je niveleta silnice levého předmostí. V případě i jen částečného ucpání mostního otvoru splávím, dojde již k vylití vody z koryta. Úsek ř. km Zde se obytné domy vyskytují kolem koryta jen výjimečně. I když charakter koryta připomíná spíše přirozený tok, jeho dno je dostatečně zahloubené a k vybřežení vody zde za povodní docházet nebude. Úsek ř. km Upravené koryto zde vede v bezprostřední blízkosti zahrad a obytných budov. V horní části úseku, kde je profil obdélníkový, bude průtok Q 100 protékat bezpečně pod úrovní hran břehových opěrných zdí, rovněž proudění silničním mostem bude s volnou hladinou. Ve směru toku se však úprava mění, tvar profilu přechází na lichoběžník a hlavně se kapacita mírně snižuje. V okolí lávek pro pěší v ř. km.118 a.10 již bude hladina tohoto průtoku shodná s úrovní obou břehů. Lávka pro pěší v zahradní restauraci v ř. km.076 převede průtok Q 100 v tlakovém režimu, převýšení břehů nad hladinou je zde však opět větší. Rychlosti proudění budou přesahovat 3 m.s -1, proudění bude zpravidla bystřinné. V případě zachycení nějakých předmětů na konstrukcích obou lávek dojde ke zmenšení jejich průtočného profilu, zvýšení hladiny a zaplavení okolních pozemků a budov. V souvislosti s bystřinným prouděním lze očekávat vytváření lokálních vodních skoků v místě jakýchkoliv překážek a tím i vylévání vody z koryta. Úsek ř. km V této části trasy je v délce cca 50 m koryto vedeno bezprostředně podél silnice. Při průtoku Q 100 bude hladina vody nad lávkou pro pěší v ř. km.006 (Foto 9.) jen o 0 cm níže než úroveň silnice. I v této části se budou vyskytovat rychlosti větší než 3 m.s -1, proudění bude zpravidla bystřinné. Ve zbývající části tohoto úseku již nebezpečí vybřežení nehrozí a silniční most v ř. km provede průtok s volnou hladinou. Vzhledem k tomu, že za této povodně lze očekávat i vyšší vlny, může zde docházet k mírnému zaplavení silnice, v případě částečného ucpání lávky pro pěší bude zaplavení již významné. 34

35 Foto 9. Okolí lávky pro pěší v ř. km.006. kde za průtoku Q 100 hrozí zaplavení silnice v případě vln na hladině nebo částečného ucpání lávky. Úsek ř. km Pro většinu tohoto úseku je charakteristické obdélníkové koryto, levý břeh je tvořen opěrnou zdí silnice, pravý břeh tvoří zpravidla základy hospodářských budov nebo zdí plných plotů. I zde se budou při proudění extrémních povodní vyskytovat rychlosti větší než 3 m.s -1 a proudění bude zpravidla bystřinné. Kritický místem bude cestní klenbový most (Foto 9.3) do jednoho z dvorů v ř. km 1.606, nad jeho profilem dojde ke vzniku vodního skoku s úrovní hladiny o 40 cm, vyšší než je niveleta silnice. Dalším problematickým místem bude následující cestní mostek v ř. km (Foto 9.4), kde bude zaplavování silnice pokračovat. Foto 9.3 Cestní klenbový mostek v ř. km způsobující za povodně Q 100 vylití vody z koryta na paralelně vedoucí silnici 35

36 Foto 9.4 Cestní mostek v ř. km způsobující za povodně Q 100 vylití vody z koryta na paralelně vedoucí silnici Silniční klenbový most v ř. km 1.47 již provede průtok Q 100 bezpečně s volnou hladinou. Úsek ř. km Mezi silničními mosty v ř. km 1.47 až významné vybřežení vody z koryta nehrozí, profil zde není již tak sevřený. I zde se však budou vyskytovat velké rychlosti proudění v bystřinném režimu. K mírnému vylití vody z koryta do levého inundačního území dojde jen v okolí ř. km Hlavní silniční most na silnici vedoucí z Ryjic, který potok šikmě křižuje v ř. km 1.170, provede průtok Q 100 bezpečně s volnou hladinou. Úsek ř. km V centrální části Neštěmic je koryto upraveno do lichoběžníkového kapacitního profilu. V části pod silničním mostem v ř.km se nachází další problematický klenbový most v profilu ř. km (Foto 9.5). Vlivem velkého zmenšení průtočné plochy zde bude za průtoku Q 100 docházet k velkému vzdutí hladiny a přelití mostovky. Místo je dále problematické tím, že úroveň terénu v pravém inundačním územní postupně systematicky poklesává a vybřežená se voda se nebude moct přirozeně vrátit do koryta potoka a volně by pokračovala do centra Neštěmic dle naznačeného plánku na obrázku 9.1. Přesnější chování proudu by se dalo v takových podmínkách správně namodelovat jen s využitím D matematického modelu neustáleného proudění. V případě lávky pro pěší v ř. km a zejména objektu hlavního silničního mostu v ř. km (Foto 9.6) bude hladina jen mírně pod úrovní břehů a mostovky. Vzhledem k stále velkým rychlostem proudění zde bude v případě částečného ucpání mostu hrozit vzdutí hladiny a další vylití vody z koryta a přelévání mostovky. 36

37 Foto 9.5 Nekapacitní silniční most v ř. km Obr. 9.1 Plánek předpokládaného oddělení proudu za průtoku Q 100 od koryta Neštěmického potoka do centra Neštěmic Foto 9.6 Rizikový mostní profil v ř. km pro převádění průtoku Q

38 Úsek ř. km V části nad zatrubněným profilem pod průmyslovým areálem vede potok mezi tělesem železničního koridoru a náspem hlavní silnice na Děčín. V části za silničním mostem v ř. km 0,866, kde ještě hladina Q 100 vody při průtoku dosahuje větších hodnot, než je koruna náspu železniční trati, brání přelití železnice zemní hrázka. Zatrubněným úsekem bude i za průtoku Q 100 proudit voda s volnou hladinou. 38

39 10 DOPORUČENÍ PRO ZVÝŠENÍ PROTIPOVODŇOVÉ OCHRANY V obci Ryjice se obytná zástavba nachází jen okrajově na horním okraji řešeného úseku, koryto má zde kapacitu větší než na průtok Q 100, proto se zde žádné opatření nenavrhuje. Od ř. km.400 protéká Neštěmický potok souvislou zástavbou městské části Ústí nad Labem Neštěmice. Koryto je na převážné délce upraveno, kapacita koryta je dostatečná na převádění i povodňového průtoku Q 100. Vzhledem k velkému sklonu se budou prakticky v celém úseku vyskytovat za povodňových situací rychlosti větší než 3 m.s -1, proudění bude často v bystřinném režimu, úroveň čáry energie bude řádově 50 cm nad úrovní hladiny. V případě, že se v korytě za povodně objeví lokální překážka, lze v takovém místě očekávat vodní skok s druhou vzájemnou hloubkou větší než je hloubka koryta a následné místní vybřežení hladiny. Proto se doporučuje věnovat údržbě koryta vodního toku zvýšenou pozornost a zejména koryto pravidelně čistit od předmětů, které by mohly podobné překážky za povodní vytvářet. V průběhu prohlídky žádné závady nebyly zjištěny. Zvláštní pozornost je potřeba věnovat mostním objektům. Při mimořádně velkých rychlostech proudění lze logicky očekávat velké místní ztráty na vtoku, které jsou na této rychlosti úzce závislé. K významnějšímu vylití vody z koryta za povodně Q 100 bude na Neštěmickém potoce docházet hlavně v profilech cestních mostů v ř. km a Zvláště první z nich zasahuje svou klenbou výrazně do průtočného profilu a způsobuje značné vzdutí hladiny nad úroveň paralelně vedoucí silnice. Proto se doporučuje jeho případná rekonstrukce. V případě částečného ucpání mostního objektu splávím, hrozí vybřežení hladiny i u dalších mostních objektů, jak bylo konkrétněji uvedeno v minulé kapitole. V centrální části Neštěmic je nejvíce falší klenbový most v ř. km 1.111, který bude za povodní významně vzdouvat hladinu. I v jeho případě se doporučuje provést rekonstrukci. Rizikovým bude za povodní i hlavní silniční most v ř. km V případě průchodu povodňové situace je proto vhodné těmto objektům věnovat zvýšenou pozornost a v případě jejich ucpávání se snažit o uvolnění mostního otvoru. Z důvodu mimořádných rychlostí lze za povodní rovněž očekávat zvýšenou pravděpodobnost poškození kompaktního nepružného opevnění upravených úseků. V jejich důsledku se mohou vytvářet nejen drobné ale i rozsáhlé nátrže s většími škodami, než u úseků s přirozeným charakterem koryta. Proto se doporučuje věnovat údržbě kompaktního nepružného opevnění trvalou zvýšenou pozornost. 39

40 11 VÝSTUPY Hlavním výstupem studie jsou vypočtené úrovně 1D ustáleného nerovnoměrného proudění. Výsledky byly v souladu s platnou metodikou přeneseny s využitím digitálního modelu terénu koryta přeneseny ve formě hranic záplavového území přeneseny nad mapový podklad rastrové digitální mapy ZABAGED. Záplavové čáry pro průtoky Q 5, Q 0, Q 100 jsou určovány jako průsečnice hladin příslušných průtoků s terénem modelu a korigovány na vrstevnicovém vykreslení terénu. Při jejich stanovení se uvažuje pouze účinek povrchové vody. Metodika stanovení rozsahu aktivní zóny záplavového území připouští několik přístupů. V této studie byla jako základní metoda vybrána metoda založená na analýze měrných přítoků. Významnými výstupy přinášejícími přesné informace o objektech na vodním toku byly evidenční listy objektů, kromě základních rozměrů a fotodokumentace přinášejí i měrnou křivku. Fotodokumentace byla pořízena v rámci terénního šetření provedeného dne Přehled o zpracovaných vrstvách pro geografický informační systém je zpracován do tabulky Přehled o tištěných a digitálních výstupech je uveden v tabulce

41 Tab Přehled vrstev GIS Název (popis) Typ Atributy Foto_Nestemicky (fotodokumentace vztažená k příčným řezům) GEO_Nestemicky (body geodetického zaměření) Stan10_Nestemicky Stan100_Nestemicky Stan1000_Nestemicky (staničení toku po 10, 100 a 1000 m) Osa_Nestemicky (osa toku dle geodet. zaměření) point point point polyline - název souboru fotografie - datum - souřadnice X, Y - poznámka - identifikační kód vodního toku - rok zpracování - souřadnice Y, X, Z - popis bodu - identifikační kód vodního toku - rok zpracování - příslušná hodnota staničení - název toku - popis - úsek dle ř. km - úsek dle geodet. zaměření (relativní kilometráž) Profily_Nestemicky (příčné profily na toku a objektech) polyline - název profilu - staničení (ř. km) - niveleta dna (m n.m.) - úroveň levého břehu (m n.m.) - úroveň pravého břehu (m n.m.) - úroveň hladiny při průtoku Q 100 (m n.m.) - návrhový průtok Q 100 (m 3 /s) - úroveň hladiny při průtoku Q 0 (m n.m.) - návrhový průtok Q 0 (m 3 /s) - úroveň hladiny při průtoku Q 5 (m n.m.) - návrhový průtok Q 5 (m 3 /s) - název studie - zaměření - odkaz na fotografii - odkaz na evidenční list objektu - identifikační kód vodního toku Zatop005_Nestemicky Zatop00_Nestemicky Zatop100_aktivni_Nestemicky Zatop100_Nestemicky (zátopové čáry pro Q 5, Q 0 a Q 100 a aktivní zóna záplavového území při Q 100 ) polygon - IDVT - název toku - názve studie - N-letost) 41

42 Tab. 11. Přehled tištěných a digitálních výstupů Označení Obsah Měřítko A Technická zpráva B.1 Psaný podélný profil B. Evidenční listy objektů B.3 Dokladová část C.1 Situace záplavového území 1:5000 D.1 Podélný profil část 1 1:000/100 D. Podélný profil část 1:000/100 E.1 Příčné řezy část 1 1:00 E. Příčné řezy část 1:00 E.3 Příčné řezy část 3 1:00 E.4 Příčné řezy část 4 1:00 E.5 Příčné řezy část 5 1:00 E.6 Příčné řezy část 6 1:00 4