HYDROLOGIE EROZE. Stanovení charakteristik odtoku (průtok, objem odtoku, ) z řešeného území Tvarové a materiálové návrhové charakteristiky prvků

Transkript

1 NÁSTROJE A MODELY

2 EROZE HYDROLOGIE Stanovení erozní ohroženosti Snížení rizika ztráty půdy Určení ohrožených lokalit Druhotný dopad sediment v toku Stanovení charakteristik odtoku (průtok, objem odtoku, ) z řešeného území Tvarové a materiálové návrhové charakteristiky prvků 5/26/2015 Ing. Petr Kavka Ph. D., Doc. Ing. Josef Krása, Ph. D.

3 LEGISLATIVNÍ RÁMEC - EROZE DOS T 3.17 Protierozní ochrana, Váška, J., Informační centrum ČKAIT, Praha, 2000 ČSN Protierozní ochrana zemědělské půdy, Český normalizační institut, 1996 Janeček M., Ochrana zemědělské půdy před erozí metodika, např. 2007, 2012 Metodika Navrhování technických protierozních opatření (VUMOP, ČVUT v Praze) /26/2015 Ing. Petr Kavka Ph. D. 3

4 NAVRHOVÁNÍ TPEO projekty-ke-stazeni 5/26/2015 Ing. Petr Kavka Ph. D.

5 LEGISLATIVNÍ RÁMEC - HYDROLOGIE Vazby na vodní zákon a stavební zákon ČSN Malé vodní nádrže TNV Suché nádrže ČSN Projektování polních cest ČSN , ČSN Křížení a souběhy s ČSN Hydromeliorace, odvodňovací kanály ČSN Hydrologické údaje povrchových vod. Ing. Petr Kavka Ph. D... 5/26/2015 5

6 TYPY OPATŘENÍ NA TOKU Rybníky a účelové nádrže Suchá nádrž Úpravy toku Mosty Zkvalitnění ekologické funkce 5/26/2015 Ing. Petr Kavka Ph. D. 6

7 ÚPRAVY NA VODNÍCH TOCÍCH Navrhování objektů na vodních tocích a suché nádrže je doporučeno navrhovat podle normy ČSN Hydrologické údaje povrchových vod Pro studie a variantní řešení lze modelovat 5/26/2015 Ing. Petr Kavka Ph. D. 7

8 Třída Orientační charakteristika Orientační hodnoty střední kvadratické chyby v % Q a Q 30d Q 300d Q 300d Q 364d Q 1 Q 10 Q 20 Q 100 I II Hydrologické údaje zpracované z hodnot dlouhodobě kvalitně pozorovaných přímo v daném profilu nebo v jiném velmi blízkém profilu na témže toku Hydrologické údaje zpracované na základě dlouhodobých pozorování, která svojí délkou nebo kvalitou nevyhovují třídě I. Hydrologické údaje odvozené pro jiný profil na témže toku, pokud to připouští charakter odvozované veličiny, vodního toku, délka a kvalita pozorování, aj III Hydrologické údaje odvozené na základě krátkodobých pozorování přímo na daném profilu nebo v těsné blízkosti na témže toku. Hydrologické údaje odvozené z pozorovaných profilů pro profil na témže toku, pokud nejsou splněny požadavky třídy II, nebo odvozené pro profil na jiném blízkém toku s obdobnými fyzickogeografickými poměry a obdobným hydrogeologickým režimem IV Hydrologické údaje odvozené z pozorovaných hodnot do profilu mimo požadovaný vodní tok nebo mimo jeho povodí pokud je nelze zařadit do třídy III. Charakteristiky maximálních průtoků odvozené ze srážek Ing. Petr Kavka Ph. D 5/26/2015 8

9 V POVODÍ V povodí (mimo tok) Součástí širšího posouzení Eroze Cestní síť ÚSES Funkční využití území Zvýšení retence krajiny 5/26/2015 Ing. Petr Kavka Ph. D. 9

10 V PLOŠE POVODÍ Objekty mimo tok nejsou předmětem normy ČSN Hydrologické údaje povrchových vod => Nutno navrhovat a dimenzovat 5/26/2015 Ing. Petr Kavka Ph. D. 10

11 NÁVRH. Umístění prvku Tvar prvku Materiál Stabilita a bezpečnost stavby a okolí Volba typů prvků Návrh = > variantní řešení = > model Ing. Petr Kavka Ph. D., Doc. Ing. Josef Krása, Ph. D. 5/26/

12 TYPY PRVKŮ V PLOŠE POVODÍ Terénní urovnávky Příkopy Průlehy Meze Vsakovací pásy Sedimentační pásy Zatravněné údolnice Terasy Ochranné hrázky Sanace erozních výmolů a strží Ochranné nádrže Polní cesty s protierozní funkcí 5/26/2015 Ing. Petr Kavka Ph. D. 12

13 TYPY PRVKŮ Odvádím x Akumuluji Průtok Objem Odváděcí x Zasakovací (akumulační) Transformuji Objem i průtok 5/26/2015 Ing. Petr Kavka Ph. D. 13

14 MODEL VSTUP PROCES VÝSTUP DÉŠŤ VEGETACE ODTOK MORFOLOGIE PŮDA EROZE 5/26/2015 Ing. Petr Kavka Ph. D. 14

15 MODELY POPIS VELIČIN PROSTOROVÉ DĚLENÍ DÉLKA ČASOVÉHO KROKU VELIKOST ŘEŠENÉHO ÚZEMÍ VYUŽITÍ MODELU PROSTOROVÉ DĚLENÍ FYZIKÁLNĚ ZALOŽENÉ CELISTVÉ EPIZODNÍ GLOBÁLNÍ VÝZKUMNÝ JEDNOROZMĚRNÝ KOMBINOVANÉ ČÁSTEČNĚ DĚLENÉ KONTINUÁLNÍ VELKÉ ÚZEMNÍ CELKY APLIKAČNÍ DVOUROZMĚRNÝ EPIRICKÉ GEOMETRICKY DĚLENÉ MALÁ POVODÍ TROJROZMĚRNÝ KONKRÉTNÍ POZEMKY 5/26/2015 Ing. Petr Kavka Ph. D. 15

16 EROZNÍ MODELY USLE Fyzikálně založené modely Popis procesů SMODERP Erosion3D Ing. Petr Kavka Ph. D., Doc. Ing. Josef Krása, Ph. D. 5/26/

17 HYDROLOGICKÉ MODELY Vzorce intenzitního typu SCS CN -> objem odtoku. V kombinaci např. s jednotkovým hydrogramem i hydrogram. Fyzikálně založené modely.. Popis procesů SMODERP WEPP Erosion3D Ing. Petr Kavka Ph. D., Doc. Ing. Josef Krása, Ph. D. 5/26/

18 SOFTWARE / PROSTŘEDÍ Placené Esri (ArcGIS) WMS Atlas CAD systémy Volně dostupné Grass Qgis Map Window Ing. Petr Kavka Ph. D., Doc. Ing. Josef Krása, Ph. D. 5/26/

19 DOSTUPNÉ ZDROJE INSPIRE CENIA CORINE CUZK VUMOP UHUL VÚV AOPK ČGS Správce povodí SPÚ, ČVUT Ing. Petr Kavka Ph. D., Doc. Ing. Josef Krása, Ph. D. 5/26/

20 Katedra hydromeliorací a krajinného inženýrství, FSv ČVUT v Praze VODNÍ Projekt TA ČR č. EROZE TA , Josef.krasa@fsv.cvut.cz VČR A MOŽNOSTI NÁPRAVY Reálná ohroženost ZPF > 50 % plochy je ohroženo (VÚMOP, v.v.i) Odnos splavenin do toků a nádrží 5,4 mil. tun ročně (ČVUT) Základní příčina zcelování ZPF Možnosti řešení GAEC (MZE) vždy pouze na omezené ploše (viz grafy) a měkká opatření Legislativou prosazovaná ochrana stále chybí protierozní vyhláška k zákonu č. 334/1992 Sb., o ochraně zemědělského půdního fondu Neuplatněná opatření v rámci evropských směrnic (např. Plány oblastí povodí) Pozemkové úpravy Ing. Petr Kavka Ph. D.

21 POZEMKOVÉ ÚPRAVY A PROTIEROZNÍ OCHRANA Dle platných metodik výpočet ohroženosti dle USLE Významná část projektantů má stále zaužívaný 1D přístup, nicméně ten není objektivní záleží na definici vhodného profilu. Platné metodiky již akcentují 2D GIS přístup, praxe jej využívá stále více, ale i u něj výrazně záleží na kvalitě vstupních dat a správném výběru výpočetního algoritmu. USLE: G = R K LS C (t/ha/rok) 5/26/2015 Ing. Petr Kavka Ph. D.

22 EROZNÍ OHROŽENOST FAKULTA STAVEBNÍ ČVUT V PRAZE, KATEDRA HYDROMELIORACÍ A KRAJINNÉHO Ing. Petr Kavka Ph. D. INŽENÝRSTVÍ

23 5/26/2015 Ing. Petr Kavka Ph. D.

24 Projekt TA ČR č. TA Atlas EROZE moderní nástroj pro hodnocení erozního procesu České vysoké učení technické v Praze ATLAS, spol. s r.o. VÚMOP, v. v. i. Krása Josef, doc. Ing. Ph.D. Kavka Petr, Ing Ph.D. Bek Stanislav, Mgr. Novotný Ivan, Ing.

25 ATLAS Nová verze Atlas 7 Široká funkcionalita Kubatury Osy cest (+ výkopy/náspy) Optimalizace pro dmr5g Eroze Kompatibilita s datovými tipy Prolad, Misys 5/26/2015 Ing. Petr Kavka Ph. D.

26 Katedra hydromeliorací a krajinného inženýrství, FSv ČVUT v Praze Projekt PŮVODNÍ TA ČR č. TA VERZE, Josef.krasa@fsv.cvut.cz MODELU ATLAS EROZE Platná metoda USLE výpočet ztráty půdy pro liniovou dráhu odtoku (tedy 1D přístup) dráhu odtoku možné zavést automatickým vedením polygonu směrování podle gradientu TIN reliéfu: nástroj KAPKA Ing. Petr Kavka Ph. D.

27 POZEMKOVÉ ÚPRAVY A PROTIEROZNÍ OCHRANA Dle platných metodik výpočet ohroženosti dle USLE Významná část projektantů má stále zaužívaný 1D přístup, nicméně ten není objektivní záleží na definici vhodného profilu. Platné metodiky již akcentují 2D GIS přístup, praxe jej využívá stále více, ale i u něj výrazně záleží na kvalitě vstupních dat a správném výběru výpočetního algoritmu. USLE: G = R K LS C (t/ha/rok) 5/26/2015 Ing. Petr Kavka Ph. D.

28 Katedra hydromeliorací a krajinného inženýrství, FSv ČVUT v Praze Projekt PŘÍSTUPY TA ČR č. TA K, SMĚŘOVÁNÍ Josef.krasa@fsv.cvut.cz ODTOKU VE 2D Ing. Petr Kavka Ph. D.

29 NOVÝ MODEL ATLAS EROZE UKÁZKA Ing. Petr Kavka Ph. D.

30 NOVÝ MODEL ATLAS EROZE UKÁZKA

31 NOVÝ MODEL ATLAS EROZE UKÁZKA

32 PŘERUŠENÍ ODTOKU POLYGONEM

33 OBLAST BEZ EROZE

34 VYUŽITÍ DOSTUPNÝCH DATOVÝCH VRSTEV Import ve formátu *.shp Hranice pozemků (LPIS) K faktor (HPJ, BPEJ) C faktor

35 VYUŽITÍ DOSTUPNÝCH DATOVÝCH VRSTEV

36 MAPOVÉ VÝSTUPY 5/26/2015 Ing. Petr Kavka Ph. D.

37 VÝSTUPNÍ PROTOKOLY Odpovídají požadavkům PÚ Ve formátu *.xls připravené pro tisk Číselné i grafické zhodnocení erozního ohrožení 5/26/2015 Ing. Petr Kavka Ph. D.

38 OBLAST MIMO PLATNOST USLE

39 NOVÝ MODEL ATLAS EROZE PLOŠNÉ ŘEŠENÍ Plošné 2D řešení, výstup do rastru s volitelným rozlišením. Odtok je však směrován přímo po TIN optimalizace pro DMR5G Odtok po TIN nástroj nová kapka překoná terénní deprese Model přímo umožňuje posoudit varianty agrotechnických i technických PEO 2D USLE je optimalizována pro dodržení podmínky řešení plošného smyvu při 2D aplikaci (v rozšířeném nastavení programu) Výstupní protokoly a kartogramy (mapky) modelu budou přímo využitelné pro technické zprávy projektů komplexních pozemkových úprav. Model automaticky načítá a zpracuje standardní datové zdroje pro výpočet USLE (BPEJ, LPIS, ) formáty SHP Projektanti mohou pro navržená technická PEO využít standardní nástroje Atlas DMT (tvorba objektů podél linií, plochy, řezy, kubatury, ) 5/26/2015 Ing. Petr Kavka Ph. D.

40 => POLOHA PRVKU

41 PODKLADY PRO DIMENZOVÁNÍ => HYDROLOGICKÉ MODELY VSTUP PROCES VÝSTUP DÉŠŤ VEGETACE ODTOK MORFOLOGIE PŮDA 5/26/2015 Ing. Petr Kavka Ph. D. 41

42 METODA CN CN - křivky Soil Conservation Service (SCS) Metoda umožňuje stanovení objemu přímého odtoku Při využití návrhového hydrogramu, i průtok 5/26/2015 Ing. Petr Kavka Ph. D.

43 Ing. Petr Kavka Ph. D.

44 5/26/2015 Ing. Petr Kavka Ph. D.

45 5/26/2015 Ing. Petr Kavka Ph. D.

46 5/26/2015 Ing. Petr Kavka Ph. D.

47 5/26/2015 Ing. Petr Kavka Ph. D.

48 METODA CN výpočet objemu efektivní srážky metodou SCS CN (CN křivky) 1) Výpočet maximální potenciální retence A = ,4 10 [ mm CN 2) Výpočet efektivní srážkové výšky ( H I ) 2 a H e = [ mm]; platí pro H > H I a + A 3) Výpočet objemu efektivní srážky výpočet z efektivní srážkové výšky a rozlohy sběrné oblasti ] kde CN průměrné číslo odtokové křivky území I a kde H srážková výška [mm] I a počáteční ztráta intercepcí a povrch.retencí volíme hodnotu rovnou I a =0,2. A Ing. Petr Kavka Ph. D.

49 S-O VZTAHY METODA SCS CN Ing. Petr Kavka Ph. D.

50 S-O VZTAHY METODA SCS CN Ing. Petr Kavka Ph. D.

51 FAKULTA STAVEBNÍ ČVUT V PRAZE KATEDRA HYDROMELIORACÍ A KRAJINNÉHO INŽENÝRSTVÍ SMODERP SIMULAČNÍ MODEL POVRCHOVÉHO ODTOKU A EROZNÍHO PROCESU Petr Kavka

52 NAVRHOVÁNÍ TPEO projekty-ke-stazeni 5/26/2015 Ing. Petr Kavka Ph. D.

53 SMODERP Slouží pro výpočet plošného povrchového odtoku a k navrhování a dimenzování protierozních opatření. Posouzení erozní ohroženosti (porovnáním vypočtených hodnot rychlosti a tečného napětí s limitními hodnotami) Návrh změny osevních postupů (plodin) Výpočet návrhových charakteristik pro navrhování technických protierozních opatření V současnosti používané metody kombinace USLE, SCS-CN, intenzitní vzorec Cíl: jednoduše uchopitelný model pro navrhování protierozních opatření 5/26/2015 Ing. Petr Kavka Ph. D. 53

54 VYUŽITÍ MODELU Posouzení erozní ohroženosti návrh změny osevních postupů umístění ochranných travních pásů návrh pásového střídání plodin Výpočet charakteristik protierozních opatření záchytné a odváděcí prvky zasakovací prvky prvky měnící podélný sklon dráhy soustředěného odtoku ochranné nádrže 5/26/2015 Ing. Petr Kavka Ph. D. 54

55 HISTORIE MODELU Model je od roku 1989 vyvíjen na katedře hydromeliorací a krajinného inženýrství První verze modelu vyvinuta v programovacím jazyce Fortran (Verze 04.89) Navazující Verze IV. I/ jedna z nejrozšířenějších verzí Přepracování uživatelského rozhraní v jazyce Visual Basic (verze 1.01 z roku 1999 až po verzi 5.1 z roku 2011) verze rekalibrace odtokových parametrů, distribuovaný přístup výpočtu D (3D) verze modelu rekalibrace odtokových parametrů a vnitřních proměnných na SI 5/26/2015 Ing. Petr Kavka Ph. D. 55

56 Ing. Petr Kavka Ph. D., Doc. Ing. Josef Krása, Ph. D. 5/26/

57 NÁVRH ODVÁDĚCÍCH PRVKŮ Oblast Vzorová oblast Šířka svahu 520 [m] Typ svahu Jednoduchý Srážková stanice Česká Republika / Návrhová srážka / 5 let Vzdálenost přerušení od počátku Vzdálenost přerušení dílčí Maximální výška hladiny Max. průtok celkový odtok [m] [m] [mm] [l.s -1 ) (l) Ing. Petr Kavka Ph. D., Doc. Ing. Josef Krása, Ph. D. 5/26/

58 1D MODEL Ing. Petr Kavka Ph. D., Doc. Ing. Josef Krása, Ph. D. 5/26/

59 1D MODEL Ing. Petr Kavka Ph. D., Doc. Ing. Josef Krása, Ph. D. 5/26/

60 SMODERP 2D Formou Python skriptu pro ArcGIS Oddělený výpočet plošného odtoku a soustředěného odtoku v rýhách Dynamický časový krok Jednosměrný / vícesměrný výpočet směrů odtoku Ing. Petr Kavka Ph. D., Doc. Ing. Josef Krása, Ph. D. 5/26/

61 VÝSTUPY Z MODELU 5/26/2015 Ing. Petr Kavka Ph. D. 61

62 NÁVRH ODVÁDĚCÍCH PRVKŮ A AKUMULAČNÍCH NÁDRŽÍ Profil suché nádrže 5/26/2015 Ing. Petr Kavka Ph. D. 62

63 NÁVRH. Umístění prvku Tvar prvku Materiál Stabilita a bezpečnost stavby a okolí Návrh = > variantní řešení = > model Ing. Petr Kavka Ph. D., Doc. Ing. Josef Krása, Ph. D. 5/26/

64 PODKLADY PRO DIMENZOVÁNÍ => HYDROLOGICKÉ MODELY VSTUP PROCES VÝSTUP DÉŠŤ VEGETACE ODTOK MORFOLOGIE PŮDA 5/26/2015 Ing. Petr Kavka Ph. D. 64

65 DOSTUPNÁ DATA O SRÁŽKÁCH ČR Trupl, 1958 Maximální intenzity návrhových dešťů. Šamaj - Valovič, hodinové návrhové srážky + redukce na kratší časy ERA 40 Vyhodnocení novějších datových řad (ČHMU dostupné, koupitelné) ČHMU návrhové srážky (denní) 5/26/2015 Ing. Petr Kavka Ph. D. 65

66 PROJEKT SRÁŽKY Vliv variability krátkodobých srážek a následného odtoku v malých povodích České republiky na hospodaření s vodou v krajině ČVUT v Praze Ústav fyziky atmosféry AV ČR Sweco Hydroprojekt Cíle Analýza srážek (doby opakování, vnitřní tvary srážek, ) Citlivost modelů Dopady na realizaci staveb 5/26/2015 Ing. Petr Kavka Ph. D. 66