pro potřeby hydrologického modelování Petr Kavka, Luděk Strouhal, Miroslav Müller et al.
Motivace - legislativa Objekty mimo tok nejsou předmětem normy ČSN 75 1400 Hydrologické údaje povrchových vod => Nutno modelovat, navrhovat a dimenzovat TNV - úpravy potoků do 5 km 2 možnost modelovat Technická protierozní opatření, drobné úpravy v krajině, cestní síť.to vše vyžaduje návrh Relativně velké množství drobných staveb 6/13/2019 2
Vliv variability krátkodobých srážek a následného odtoku v malých povodích České republiky na hospodaření s vodou v krajině Doba řešení 2016-2018
Motivace Krátkodobé intenzivní srážky mají široké použití ve vodohospodářské praxi a hydrologickém modelování: kulminační průtoky, objemy odtoku, NPV v nepozorovaných profilech a v ploše povodí (protierozní ochrana, PÚ, MVN, suché nádrže ) Znalostní deficit - extrémní variabilita v čase i prostoru, často nutná variantní řešení Deficit aktuálních a efektivně dostupných dat
Historický exkurz dostupná data Trupl (1958) Intenzity krátkodobých dešťů v povodích Labe, Odry a Moravy o Náhradní (průměrné) maximální intenzity deště za různě dlouhý časový interval o 98 stanic na českém území o Délka pozorování 8 48 let, v průměru 17,5 roku o Údaje neříkají nic o vnitřním průběhu intenzit deště ani předchozích či následných úhrnech periodicita H 60min max H 120min max 7
Historický exkurz dostupná data Trupl (1958) Intenzity krátkodobých dešťů v povodích Labe, Odry a Moravy Šamaj, Valovič, Brázdil (1985) Denné úhrny zrážok s mimoriadnou výdatnosťou v ČSSR v období 1901 1980. o Denní (24hodinové) maximální úhrny s dobou opakování 2 100 let o 579 stanic na českém území, problematická lokalizace (zrušené stanice, přesuny, chybné souřadnice ) 8
Historický exkurz dostupná data Trupl (1958) Intenzity krátkodobých dešťů v povodích Labe, Odry a Moravy Šamaj, Valovič, Brázdil (1985) Denné úhrny zrážok s mimoriadnou výdatnosťou v ČSSR v období 1901 1980. Hrádek, Kovář (1994) Výpočet náhradních intenzit přívalových dešťů metoda redukce 1-denních maximálních srážkových úhrnů o o o o o o krátká doba pozorování v Truplově práci neaktuálnost dat jak Truplových náhradních intenzit, tak Šamajových denních úhrnů koeficienty redukce v Hrádkově metodě odvozeny pouze pro povodí Labe nerozlišování met. příčin vzniku intenzivních srážek frontální/konvektivní, orografické efekty součástí DOST a potažmo metodik, implementováno do hydrologických modelů (DesQ-MaxQ) nízký uživatelský komfort (lokalizace stanice, variantní výpočty redukce atd. 9
Historický exkurz dostupná data Maximální denní úhrny rastr ČHMÚ (2004) Revize a doplnění Šamajových dat data ze stanic 1895 2002 interpolovaná do rastru 1 km se zahrnutím orografie. Významné změny od původních Šamajových dat Maximální denní úhrny (Šamaj 1986) interpolace (ČVUT 2016) Digitalizace původních bodových dat Řízená prostorová interpolace Snadná dostupnost
Historický exkurz dostupná data Typické 24 h hyetogramy pro H100 dle ČHMÚ (2004) Republika rozdělena do 4 oblastí, pro každou definován 1 typický hyetogram Hyetogramy o časovém kroku 1 hodina Rozložení intenzit vychází z Truplových dat neaktuální a málo spolehlivá data
Nové návrhové hyetogramy (2017) Zdrojová data Radarová data 2002 2011 (10/15 min krok) Denní úhrny srážkoměry Metoda adjustace radarových dat pozemním měřením Bližňák, V., Kašpar, M., Müller, M.: Radar-based summer precipitation climatology of the Czech Republic. Int. J. Climatol.
Adjustace radarových měření Müller, M. et al. (2017): Určení variant srážkových epizod v závislosti na průběhu jejich intenzit Sokol, 2003. Stud. Geophys. Geod., 587 604.
Nové návrhové hyetogramy 39 uzlových bodů 50 největších událostí Celkem 1950 událostí >10 mm / 6h Analýza srážkových oken (24 až 0.5 h) Volba časového okna 6 hodin
Nové návrhové hyetogramy Popis všech událostí třemi indexy koncentrace Shluková analýza dle těchto indexů Vznik 6 shluků C6 = 2(R3 / R6 0,5) C3,2 = R1,5 /R3 + R1 /R2 1 C1 = 2(R0,5 /R1 0,5)
Nové návrhové hyetogramy F E D C B A Müller, M. et al. (2017): Určení variant srážkových epizod v závislosti na průběhu jejich intenzit
n největších událostí Variabilita výskytu typických průběhů srážek Zastoupení typů průběhů srážky závisí obecně na nadmořské výšce a na době opakování srážkového úhrnu.
Data snadno a rychle: rain.fsv.cvut.cz
Data snadno a rychle: rain.fsv.cvut.cz
Data snadno a rychle: rain.fsv.cvut.cz
Podrobnosti naleznete zde Bližňák, V., Kašpar, M., Müller, M.: 2018, Radar-based summer precipitation climatology of the Czech Republic. Int. J. Climatol. Müller, M., Bližňák, V., Kašpar, M., 2018: Analysis of rainfall time structures on a scale of hours. Atmos. Res., 211, 38 51. DOI: https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2017.08.011 VTEI 2018 soubor tří článků
Hydrologické modely využívané v ČR Viz metodiky Vzorce intenzitního typu SCS CN -> objem odtoku. V kombinaci např. s jednotkovým hydrogramem i hydrogram Q = f(řešené plochy) Fyzikálně založené modely Popis procesů SMODERP WEPP Erosion3D 6/13/2019 29
Nejistoty v hydrologickém modelování <=> nejistota v bezpečnosti vodní stavby
Odezva vybraných hydr. modelů na typické průběhy srážek Hodnocení nejistot v procesu srážko-odtokového modelování Ukazuje se klíčová role infiltračních charakteristik půd, dále významný průběh srážky a počáteční podmínky. Různé efekty pro různé doby opakování.
Návrh opatření Propustek Qn t Q max [m 3 /s] Dmin [m] DN [m] cena za 10m [Kč] 5 1 1.75 0.89 1.00 53 200 5 2 2.48 1.01 1.20 67 800 5 3 2.55 1.02 1.20 67 800 5 4 2.62 1.03 1.20 67 800 5 5 3.59 1.16 1.20 67 800 5 6 4.28 1.24 1.40 107 240 20 1 3.3 1.13 1.20 67 800 20 2 4.61 1.28 1.40 107 240 20 3 4.35 1.25 1.40 107 240 20 4 4.55 1.27 1.40 107 240 20 5 6.70 1.47 1.60 128 500 20 6 8.01 1.57 1.60 128 500 100 1 5.32 1.35 1.40 107 240 100 2 7.38 1.52 1.60 128 500 100 3 6.53 1.46 1.60 128 500 100 4 6.94 1.49 1.60 128 500 100 5 10.85 1.76 1.80 152 000 100 6 12.93 1.88 2.00 180 000 32
Výchozí předpoklad navrhování Doba opakování návrhové srážky =??realita?? Době opakování návrhového průtok
Doba opakování návrhové srážky = realita!!!! Době opakování návrhového průtok Oboje statistické hodnoty, ale různé veličiny + je těžké stanovit stav povodí při reálné srážce Přesto se předpokládá že nletá srážka vyvolá nletý průtok??? Nastavení modelu, okrajových a vstupních dat???
Analýza stavů předchozího nasycení Studovány úhrny v době 6 hodin 5 dní před výskytem intenzivních událostí typů A-F a doby opakování N let a vztaženy k dlouhodobému normálu Relativní průměrná velikost (%) pětidenních úhrnů před návrhovými srážkovými epizodami šesti tvarů pro různé intervaly doby opakování, vztažená k normálu pětidenních úhrnů za měsíce květen až září. Žlutě jsou vyznačeny hodnoty blízké 100 % normálu, červeně hodnoty silně nadnormální.
Předchozí nasycenost a návrhové srážkové intenzity jako faktory odtokové odezvy na malých povodích 2019-2022
Navazující projekt Aktualizace srážkových dat 2019 2022 Výzkum stavů povodí přecházející srážkovým událostem Analýza dat na povodí 5 km2 Hydrologické modelování Sledování vlhkostí na povodí
Atlas HYDROLOGIE Cíl projektu: v prostředí Atlas kromě výpočtu eroze určit i hodnoty pro návrh opatření Základem metoda SCS-CN, UH hydrogram, fyzikální přístup stanovení odtoku Očekává se propojení s návrhovými srážkami (rain.fsv.cvut.cz) Propojení se stávajícím produktem Atlas EROZE
ČVUT v Praze Ústav fyziky atmosféry AV ČR SWECO Hydroprojet a.s. Petr Kavka, Miloslav Muller, Martin Pavel, Luděk Strouhal, Martin Landa, Jiří Cajthaml, Lenka Weyskrabová, Karel Vlasák, Marek Kašpar, Vojtěch Bližňák S podporou Ministerstva zemědělství - NAZV KUS rain.fsv.cvut.cz petr.kavka@fsv.cvut.cz