Srážko-odtokový vztah Metody popisu srážko-odtokového vztahu Hydrologické extrémy

Transkript

1

2 Srážko-odtokový vztah Metody popisu srážko-odtokového vztahu Hydrologické extrémy

3 Vždy platí základní bilance P G Q ET G S in out Jednotlivé složky bilance nejsou konstantní v čase

4 Obecně se jedná o jakýkoli vztah mezi srážkou a odtokem V užším smyslu uvažujeme vztah mezi srážkou a odtokem v rámci základní hydrologické územní jednotky povodí Vztah může být posuzován v rámci jedné epizody či z dlouhodobého hlediska P Srážka t Qt Odtok V hydrologii hovoříme o odtokovém hydrogramu, který je odezvou povodí na příčinnou srážku.

5 Zdroj:

6 Odtok zajímáme se obecně o časový průběh - hydrogram základní charakteristiky: objem, kulminační průtok

7 Jaká bude velikost kulminačního průtoku ze stejné srážky pro dvě povodí z nichž jedno má dvojnásobnou plochu? a) Kulminační průtok pro větší povodí bude dvojnásobný, b) Kulminační průtok pro větší povodí bude více než dvojnásobný, c) Kulminační průtok pro větší povodí bude menší než dvojnásobek kulminačního průtoku pro povodí poloviční. Uvažujte všechny ostatní vlastnosti povodí stejné.

8 Zdroj:

9 Předpokládejme dvě povodí o stejné rozloze a dalšími charakteristikami. Povodí se liší pouze tvarem. Jaký bude kulminační průtok pro vějířovité povodí ve srovnání s protáhlým? a) Kulminační průtok pro vějířovité povodí bude vyšší, b) Kulminační průtok pro protáhlé povodí bude vyšší.

10 Zdroj: p?tab=1&page=3.5.0 zpravidla Předpokládejme dvě povodí o stejné rozloze a dalšími charakteristikami. V jednom povodí jsou koryta napřímena v druhém jsou v původní meandrující trase. Jaký bude kulminační průtok pro povodí s upravenými toky? a) Kulminační průtok pro povodí s upravenými toky bude vyšší, b) Kulminační průtok pro povodí s neupravenými meandrujícími toky bude vyšší, c) Kulminační průtoky budou stejné.

11 Zdroj: Richard Wheeler, on-line

12 Zdroj:

13 V originále Rational method (u nás známá též jako metoda odtokového součinitele) Metodu vyvinul a poprvé publikoval v roce 1851 T. J. Mulvaney Obvykle je doporučováno používat metodu pro velmi malá povodí do 80 ha Q P Q P odtok (m 3.s -1 ) C i A C odtokový součinitel (-) i intenzita deště (mm.hod -1 ) A plocha povodí (km 2 )

14

15

16 Vyvinuta Službou pro ochranu půdy v USA (Soil Conservation Service SCS, nyní Natural Resources Conservation Service - NRCS, součást USDA) v padesátých letech 20. st. Metoda je určena pro hodnocení jednotlivé události Slouží pro stanovení výšky přímého odtoku efektivní srážky Zahrnuje dvě z nejdůležitějších charakteristik povodí využití území a půdní vlastnosti

17 Rovnost podílu odtoku ku úhrnu srážky bez počáteční ztráty a celkové ztráty ku maximální možné ztrátě Zákon zachování hmoty Počáteční ztráta jako podíl maximální možné ztráty P I F Q a P I a Q I a S F S P srážka (mm) F infiltrace (mm) I a počáteční ztráta (mm) S maximální potenciální ztráta (mm) λ regionální součinitel počáteční ztráty (-) Q odtok (mm) V našich podmínkách je užívána hodnota λ=0.2

18 Q P 0.2 S 2 pro P 0. 2S P 0.8 S Q 0 pro P 0. 2S pro S = 100 mm Je nutné ověřit překročení I a!

19 Jelikož hodnota maximální potenciální ztráty S může teoreticky nabývat hodnot do, byl zaveden parametr CN nabývající hodnot od 0 do 100 Vztah mezi S a CN je v jednotkách SI vyjádřen rovnicí: S CN

20 Hodnoty parametru CN jsou tabelovány pro různé druhy využití území a hydrologické skupiny půd Metoda uvažuje různé stavy nasycení povodí před posuzovanou událostí vliv nasycení je zahrnován pomocí úpravy hodnot CN K hodnocení nasycení je používán index předchozích srážek API (Antecedent Precipitation Index) množství srážek za periodu 5 dnů Nasycení povodí je rozděleno do 3 stavů nasycené povodí (API III), středně nasycené povodí (API II), málo nasycené povodí (API I)

21 Srážkový úhrn za posledních 5 dní (cm) API Mimovegetační období Vegetační období I méně než 1.3 méně než 3.6 II 1.3 to to 5.3 III více než 2.8 více než 5.3

22 Hydrologická skupina půd Dolní hranice infiltrační rychlosti cm.den -1 (inch/hod) Horní hranice infiltrační rychlosti cm.den -1 (inch/hod) A (0.30) (0.45) B 9.15 (0.15) 18.29(0.30) C 3.05 (0.05) 9.15 (0.15) D 0.00 (0.00) 3.05 (0.05)

23 Kód LU Využití území (LU) Hydrologická skupina půd A B C D 100 Urbanizované plochy Obytné areály Zahrady Parky, trávníky Komunikace Silnice Cesty Železnice Průmyslové areály Orná půda - kukuřice Orná půda - obiloviny

24 CN I CN II CN II CN III CN II CN II

25 Úhrn srážky 100 mm Park/HSG B CN=61 Q=19 mm CN=20 (33%) Q=33 mm (173%) Kukuřice/HSG B CN=81 Q=52 mm

26 Zdroj: V případě heterogenního území je zapotřebí rozdělit území na homogenní jednotky a pro každou z nich stanovit hodnotu CN. Pro povodí se pak stanoví reprezentativní hodnota jako vážený průměr. CN CN i A i A i

27 Příklad Mějme povodí o celkové rozloze 5 km 2. V povodí se vyskytují lesní porosty, trvalé travní porosty a orná půda. Půdy spadají do hydrologických skupin B a C (podrobnosti viz tabulka). LU a HSG Plocha (km 2 ) CN Les, B Les, C TTP, C 1 71 Orná půda - brambory, B 2 85 CN

28 Vysoké průtoky Povodně Nízké průtoky Sucho

29 voda již zaplavuje území mimo koryto vodního toku a může způsobit škody Zákon č. 254/2001 Sb. (Vodní zákon), 64, odst. (1)

30 Přívalové povodně Regionální povodně (dešťové povodně) Povodně z tání sněhu Ledové povodně Zvláštní povodně Nezaměňovat povodeň a N-letý průtok!!! Ze zákonné definice povodně vyplývá, že výskyt Q 100 nemusí nutně znamenat povodeň, naopak povodeň může vzniknout klidně při dosažení Q 20. Regionální povodně Ledové povodně Přívalové povodně Povodně z tání sněhu Zvláštní povodně

31 Stupně povodňové aktivity (SPA) vyjadřují míru povodňového ohrožení Povodeň 1. stupeň (stav bdělosti) 2. stupeň (stav pohotovosti) 3. stupeň (stav ohrožení) nevyhlašuje se; nastává při nebezpečí přirozené povodně a jsou-li splněny podmínky v povodňovém plánu pro určitou nemovitost. Jedná se o období nebezpečí povodně, tedy před povodní. Provádějí se přípravná opatření. nebezpečí přirozené povodně přerůstá v povodeň. Provádějí se opatření ke zmírnění průběhu povodně podle povodňového plánu. nebezpečí škod většího rozsahu, ohrožení životů a majetku v záplavovém území. Provádějí se zabezpečovací a záchranné práce nebo evakuace. Jednotlivé SPA jsou zpravidla definovány na základě vodních stavů (úrovně hladiny ve sledovaných profilech na tocích).

32 Kulminace m 3.s -1 (v Chuchli) Dosažen 3.SPA

33 Sucho je z pohledu hydrologie stav, kdy je v daném profilu průtok dlouhodobě pod normálem hydrologické sucho. Negativně ovlivňuje zejména: Zásobování vodou Vodní organismy (ryby, obojživelníci, vodní rostliny ) Kvalita vody Splavnost Podzemní voda Hydrologické sucho je většinou důsledkem sucha meteorologického. Jako limit pro hydrologické sucho bývá často používána hodnota Q 355d. Podrobněji jsou používány různé indexy založené na porovnávání s průměrnými hodnotami pro dané období (týden, dekáda, měsíc)

34 Q (m 3.s -1 ) Q 355d hodnota průtoku, která je dosažena nebo překročena po 355 dnů v roce (v dlouhodobém průměru) m-denní průtoky Blanice, profil Radonice m (dny) Minimální zůstatkový průtok Minimálním zůstatkovým průtokem je průtok povrchových vod, který ještě umožňuje obecné nakládání s povrchovými vodami a ekologické funkce vodního toku. Zákon č. 254/2001 Sb. (Vodní zákon), 36, odst. (1) Q 355d METODICKÝ POKYN odboru ochrany vod Ministerstva životního prostředí ke stanovení hodnot minimálních zůstatkových průtoků ve vodních tocích Průtok Q 355d Minimální zůstatkový (m 3.s -1 ) průtok Q hyg < 0.05 Q 330d (Q 330d + Q 355d ) Q 355d > 5.0 (Q 355d + Q 364d ). 0,5

35 Zdroj: Vyhodnocení sucha na území České republiky v roce 2015, předběžná zpráva (on-line: Vodoměrné profily, v nichž byl v létě 2015 změřen průtok menší než Q 355d, resp. Q 364d V roce 2015 byly srážky nižší o cca 150 mm oproti dlouhodobému průměru.

36 Jez na Berounce v Mokropsích v polovině července 2015 Zdroj: /domaci.aspx?c=a150720_212330_domaci_ane

37 Sucho postihlo v létě 2015 většinu území České republiky Zdroj: /domaci.aspx?c=a150902_171936_domaci_fer

38