Martina Peláková, Ladislav Kašpárek, Jakub Krejčí Vliv údolních nádrží a charakteristik povodí na povodňové průtoky
1. Vliv údolních nádrží v povodí Labe na povodňové průtoky (VÚV T. G. M., ČHMÚ, ČZU, ČVUT, Povodí Vltavy, s. p., Aqualogic Consulting, s. r. o., 2003-2005) Projekt řešen na podnět Mezinárodní komise pro ochranu Labe jako součást Akčního plánu ochrany před povodněmi v povodí Labe. 2. Vliv charakteristik povodí na povodňový odtok v srpnu 2002 (VÚV T. G. M., 2004)
Vliv údolních nádrží v povodí Labe na povodňové průtoky Cíl: odvodit N-leté průtoky ovlivněné a neovlivněné nádržemi zjistit vliv nádrží na snižování maximálních průtoků na Labi Nádrže, jejichž účinek byl uvažován při řešení: Lipno (310 mil. m 3 ) Orlík (717 mil. m 3 ) Slapy (269 mil. m 3 ) Nechranice (288 mil. m 3 )
Přístup k řešení Podle možností datové základny ČHMÚ bylo stanoveno období 1890-2002, pro které byly vytvořenyřady ročních maximálních průtoků v profilech: Praha - Vltava Mělník - Labe Louny - Ohře Ústí nad Labem - Labe Děčín Labe Karlovy Vary Fiktivní průtoky ovlivněné nádržemi pro období před výstavbou nádrží a neovlivněné průtoky pro období po výstavbě nádrží byly vypočteny pomocí hydrologických modelů Získány dvě řady maximálních ročních průtoků: ovlivněná a neovlivněná Odvození N-letých max. průtoků L90 L98 W 92 L91 M86 Nechranice W 94 L92 Louny Trmice W99 L26 L03 W01 L02 Beroun Varvažov Dolní Ostrovec Ústí n.labem W03 W64 W63 Chlum LP7 L21 L64 L22 W31 W29 W 65 W04 L10 Písek L29 L23 W02 LP5 Zátoň Hřensko Děčín Benešov n.ploučnicí L04 Vraňany WP0 L09 Kocába W28 W68 W05 W25 LP1 LP0 L34 Štěchovice W34 W97 M13 M12 M11 W67 L11 LP4 LP2 LP3 L32 Chuchle W16 W27 LL3 Březí Davle Mělník L05 Vrané n. Vlt. Slapy L13 Hrachov Kamýk M10 Orlík M56 W23 W24 Bechyně Brandýs České Budějovice LM4 Radíč W 26 Červený Dvůr Poříčí n.sáz. (Nespeky) Černý Kříž LM7 LM8 WP4 M57 Vyšší Brod
Postup Příprava dat: převod vodních stavů před r. 1931 do elektronické formy rekonstrukce historických měrných křivek průtoku vyčíslení historických průtokových řad pořízení řad denních úhrnů srážek a teplot vzduchu před r. 1961 z ročenek a archivních materiálů záznamy o manipulacích na nádržích během povodní Hydrologické modelování Vytvoření simulačního modelu povodí Labe systém Aqualog: Simulace povodňových vln srážko-odtokový model SAC-SMA, povodně z tajícího sněhu SNOW-17 Simulace postupu vody v korytě hydraulické modely TDR a Muskingum-Cunge Simulace řízení odtoku z nádrží MANs manipulace dle platného manipulačního řádu
4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 Povodeň 1890 Děčín 04.09.1890:00 05.09.1890:12 07.09.1890:00 čas Pozorovaní Simulace neovlivněný Simulace ovlivněný 16.09.1890:00 17.09.1890:12 19.09.1890:00 20.09.1890:12 22.09.1890:00 23.09.1890:12 08.09.1890:12 10.09.1890:00 11.09.1890:12 13.09.1890:00 14.09.1890:12 30.08.1890:12 01.09.1890:00 02.09.1890:12 26.08.1890:00 27.08.1890:12 29.08.1890:00 průtok (m3.s-1)
26.08.2002:00 27.08.2002:18 29.08.2002:12 31.08.2002:06 02.09.2002:00 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 Povodeň 2002 Děčín 13.08.2002:18 15.08.2002:12 17.08.2002:06 19.08.2002:00 20.08.2002:18 22.08.2002:12 24.08.2002:06 čas Pozorovaní Simulace neovlivněný Simulace ovlivněný 10.08.2002:06 12.08.2002:00 05.08.2002:00 06.08.2002:18 08.08.2002:12 průtok (m3.s-1)
Odvození N-letých max. průtoků: Odhad pravděpodobnosti překročení maximálních průtoků 1890-2002 Při výpočtu byl průtok povodně 08/2002 v Praze označen jako historický s dobou opakování N = 300 let. Log-norm rozdělení Program LNwin
Výsledky
N-leté průtoky odvozené ze simulovaných řad ročních maximálních průtoků z období 1890-2002 Název Název Plocha Typ řady N- letý průtok pro dobu opakování N [roky] stanice toku povodí [km 2 l 1 2 5 10 20 50 100 Brandýs n. Lab. Labe 13111 pozorovaná 430 571 755 892 1030 1210 1340 Praha Vltava 26690 neovlivněná 659 916 1360 1780 2270 3030 3700 ovlivněná 515 714 1100 1490 1970 2770 3520 Mělník Labe 41825 neovlivněná 1060 1410 1950 2400 2890 3600 4180 ovlivněná 909 1210 1700 2130 2620 3360 3990 Louny Ohře 4983 neovlivněná 210 287 406 507 616 775 905 ovlivněná 160 218 303 373 445 548 629 Ústí n. Labem Labe 48557 neovlivněná 1260 1640 2170 2590 3020 3610 4070 ovlivněná 1050 1360 1840 2240 2680 3310 3830 Děčín Labe 51104 neovlivněná 1260 1650 2180 2600 3030 3620 4080 ovlivněná 1070 1380 1860 2260 2700 3320 3830
Čáry překročení maximálních ročních průtoků
Rozdíly přirozených a ovlivněných N-letých průtoků N zmenšení Q důvod malé malé retenční prostory nádrží se nezaplňují pro případ dalšího nárůstu průtoků velké malé retenční prostory nádrží jsou plné již před kulminací
Zmenšení N-letých průtoků nádržemi (%) Q 10 Q 20 Q 50 Q 100 Vltava - Praha 16 13 9 5 Labe Děčín 13 11 8 6
Závěr Vltavská kaskáda má významný vliv na zmenšení 10-letých až 20- letých povodní (zmenšení o 300 m 3 /s ~ o 15 %) Kulminační průtok 100-leté povodně v Praze může zmenšit Vltavská kaskáda o 5 % Nádrž Nechranice má schopnost významně zmenšovat kulminační průtoky (100-letou vodu v Lounech o 30 %) Doporučení Spolehlivá předpověď přítoků do nádrže > včasné povodňové řízení > vyprázdnění zásobních prostorů nádrží Zvětšit ochranný účinek Vltavské kaskády lze jedině zvětšením retenčních prostorů Orlíku a Slap a vhodnou součinností při řízení těchto nádrží
Vliv charakteristik povodí na povodňový odtok v srpnu 2002 1) Analýza vlivů na objem povodně 2) Analýza vlivů na kulminační průtok
Data 41 povodí: kulminační průtok výška odtoku ( = objem povodňových vln / plocha povodí) výška srážek ukazatel předchozích srážek (API) Číslo stanice Jméno stanice Vodní tok 0845 Jablonec nad Jizerou Jizera 0910 Železný Brod Jizera 1018 Tuřice-Předměřice Jizera 1090 Vyšší Brod Vltava 1120 Kaplice Malše 1125 Ličov Černá 1126 Pořešín Malše 1130 Římov Malše 1150 Roudné Malše 1310 Klenovice Lužnice 1330 Bechyně Lužnice 1380 Sušice Otava 1430 Němětice Volyňka 1500 Heřmaň Blanice 1510 Písek Otava 1520 Dolní Ostrovec Lomnice 1530 Varvažov Skalice 1610 Zruč nad Sázavou Sázava 1670 Nespeky-Poříčí n.s. Sázava 1730 Stříbro Úhlavka 1790 Staňkov Radbuza 1799 Lhota Radbuza 1820 Klatovy Úhlava 1830 Štěnovice Úhlava 1860 Plzeň-Bílá Hora Berounka 1870 Plzeň-Koterov Úslava 1880 Nová Huť Klabava 1900 Plasy Střela 1910 Liblín Berounka 1960 Čenkov Litavka 1973 Beroun Litavka 2260 Trmice Bílina 3200 Hrádek nad Nisou Lužická Nisa 3230 Frýdlant v Čechách Smědá 4290 Janov Moravská Dyje 4300 Podhradí Dyje 4320 Vysočany Želetavka 4340 Vranov-Hamry Dyje 4350 Znojmo Dyje 4370 Travní Dvůr Dyje 4650 Dvorce Jihlava
Fyzicko-geografické charakteristiky Sklon povodí Plocha povodí Průměrná nadmořská výška povodí Hydrogeologický index propustnosti Druhy využití území (CORINE): urbanizovaná území orná půda louky lesy
Metody Metoda postupného výběru nezávisle proměnných Metoda mnohonásobné nelineární regrese
Analýza vlivů na objem povodně 2002 (obě vlny) Závislost výšky odtoku za celou dobu trvání povodně na výšce srážek za období 6. 15. 8. 2002
Analýza vlivů na objem povodně 2002 (obě vlny)
Analýza vlivů na objem povodně 2002 (obě vlny) Proměnná symbol koeficient korelace (R) gradient (trend) fyzikálně odpovídá? Ukazatel předch. srážek API 0,175 rostoucí ano Plocha povodí A 0,135 rostoucí ne Sklon povodí J 0,274 klesající ne Nadm. výška povodí H 0,196 klesající ne Hydrogeologický index HGI 0,429 rostoucí ne Podíl urbaniz. plochy URB 0,131 klesající ne Podíl orné půdy ORP 0,181 rostoucí ano Podíl luk LOU 0,146 klesající ano Podíl lesů LES 0,237 klesající ano Podíl lesů a luk LES+LOU 0,272 klesající ano
Analýza vlivů na objem povodně 2002 (obě vlny) Objem povodně závisel z 80-90 % na srážkách R = 0,0016. P 2 + 0,245. P 24,21 Z charakteristik povodí se nejvíce projevil vliv podílu lesa a orné půdy, ale byl řádově slabší než vliv příčinné srážky
Analýza vlivů na kulminační průtok z druhé vlny povodně 2002
Analýza vlivů na kulminační průtok z druhé vlny povodně 2002 q max = 0,0292. e 0,0206P + 0,00002. API 2 0,0002. API 0,0808 q max = 0,0292. e 0,0206P + 0,00002. API 2 0,0002. API 0,0808 + 0,0053. ORP 0,2235
Analýza vlivů na kulminační průtok z druhé vlny povodně 2002 koeficient gradient fyzikálně Charakteristika symbol korelace (R) (trend) odpovídá? Max. jednodenní srážka Pmax 0,145 klesající ne Plocha povodí A 0,176 klesající ano Sklon povodí J 0,187 klesající ne Hydrogeologický index HGI 0,308 rostoucí ne Podíl urbaniz. plochy URB 0,325 rostoucí ano Podíl orné půdy ORP 0,402 rostoucí ano Podíl luk LOU 0,341 klesající ano Podíl lesní plochy LES 0,046 klesající ano
Analýza vlivů na kulminační průtok z druhé vlny povodně 2002 Specifický kulminační průtok závisel ze 64 % na srážkách, dalších 5 % lze vysvětlit ukazatelem předchozích srážek, kolem 3 % podílem orné půdy, příp. podílem urbanizované plochy
Děkuji za pozornost