Roční zpráva projektu Kvantifikace rizika ohrožení dopravní infrastruktury ČR přírodními hazardy Příjemce: Identifikátor: Centrum dopravního výzkumu, v.v.i. VG20102015057 Odborná část Plánovaná činnost: Stanovení rizika v GIS Stanovení rizika v GIS v sobě zahrnuje sloučení vrstvy zranitelnosti a vrstvy pravděpodobnosti přírodní pohromy. Zranitelnost i přírodní pohromy se zpracovávaly v předchozích letech. V tomto roce jsme se zamýšleli nad nejvhodnějším postupem pro sloučení obou datových zdrojů. Mimoto jsme také rozpracovávali databáze přírodních pohrom, abychom byli schopni přesněji vypočítat pravděpodobnost jejich vzniku. Přestože jsme již zpracovali výsledky zranitelnosti v minulých letech, i tyto jsme dále upravovali, protože jsme se během řešení projektu seznámili s novými postupy a metodami. Máme tedy nyní zřejmě nejlepší možný popis slabých článků sítí a jejich celkové robustnosti. V rámci plánované činnosti jsme se rovněž účastnili několika konferencí v ČR a připravili do tisku publikace, z nichž jedna v roce 2013 vyšla (viz seznam na konci zprávy). Níže uvedený přehled zahrnuje popis dílčích činností: 1. Stanovení hazardu nové metody hodnocení 2. Analýza dat z databáze JSDI událost povodeň 2013 3. Analýza dopadů přírodních katastrof na jednotlivé kraje 4. Databáze sesuvů 1900 1970 na Moravě 5. Analýza dat z meteorologické stanice Napajedla 6. Hodnocení rizika na příkladu ORP Luhačovice 7. Stanovení rizika pro ČR 8. Ostatní činnosti v roce 2013 8.1. Tvorba webové aplikace pro vyhledání objížděk 8.2. Účast na konferencích v roce 2013 1
8.3. Práce na publikacích 8.3.1. Vydaná publikace 8.3.2. Publikace v recenzním řízení 8.3.3. Připravované publikace na 2014 1. Stanovení hazardu nové metody hodnocení Na základě dostupných dat byla vypočítána míra hazardu pravděpodobnost, že v rámci daného území a daného časového období dojde k ohrožení silniční sítě přírodním vlivem (Obr. 1). Vzhledem k četnosti přírodních vlivů a jejich dopadu na silniční infrastrukturu ČR byly do úvahy brány povodně, sesuvy a nadměrné sněhové úhrny. Ohrožení silniční sítě povodněmi bylo vypočteno pomocí povodňových map a z historických údajů o četnosti povodní v jednotlivých měsících. Hazard sesuvu byl zjišťován z informace, zda v daných lokalitách již v minulosti k sesuvům docházelo či nikoliv (pro modelové území jsme si sestavili databázi sesuvů). K určení ohrožení silniční sítě vlivem sněhu byla použita mapa průměrného ročního úhrnu nového sněhu. Na závěr byly tyto tři typy ohrožení zkombinovány dohromady, čímž byla zjištěna celková míra ohrožení každého úseku silniční sítě ČR. Obr. 1: Příklad výstupu stanovení kombinovaného hazardu, tzv. multi-hazard, který je vztažen ke každému úseku silniční sítě. 2. Analýza dat z databáze JSDI událost povodeň 2013 V předchozí fázi řešení projektu jsme se napojili na odběr informací z databáze JSDI (správce ŘSD a VARS, a.s.). Jedná se o dodavatele dat pro veřejný i soukromý sektor. Údaje jsou především dopravní informace, zimní zpravodajství, dopravní intenzita. Data odebíráme on-line přes protokol http-post. Záznamy jsou lokalizované, tj. lze přesně určit geografickou polohu. 2
V roce 2013 jsme z příchozích dat začali filtrovat nový typ záznamů přerušení provozu na pozemních komunikacích a dále je klasifikujeme dle příčiny (povodeň, sesuv, pád stromu, náledí, sníh, plánovaná přerušení, jiná). Povodeň, která v roce 2013 postihla především Čechy, způsobila přerušení mnoha úseků silnic (Obr. 2). Povodeň, jako příčina přerušení také výrazně vystupuje v datech JSDI (Obr. 3). Trvání přerušení silnic vlivem povodně nepřesáhlo ve většině případů týden (Obr. 4). Obr. 2: Přerušení provozu na pozemních komunikacích během povodní 2013 dle příčiny přerušení. 700 600 500 400 300 200 100 0 Příčiny přerušení silnic v ČR v jednotlivých měsících, prosinec 2012 - červenec 2013 12 1 2 3 4 5 6 7 povodeň sesuv pád stromu náledí, sníh nehoda plánovaná jiná Obr. 3: V obrázku lze vidět dopad povodně 2013. 3
1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 Příčina přerušení silnic v ČR dle délky přerušení, prosinec 2012 - červenec 2013 0-6h 6-12h 12-24h 1-7d déle Obr. 4: Analýza dat JSDI - V obrázku lze vidět dopad povodně 2013 a také délku přerušení. Nejvíce přerušených úseků v ČR je v důsledku dopravních nehod. Tato příčina přerušení má ale obvykle krátké trvání. V roce 2014 budou následky povodně 2013 na pozemních komunikacích prezentovány na vybrané konferenci. Za tímto účelem jsme kontaktovali kpt. Mgr. Petra Steidlera, vrchního komisaře z Policejního presidia ČR a získali pro účely projektu videozáběry z policejního vrtulníku, který zaznamenával aktuální rozliv povodně. Tato data jsme zpracovali do podoby databáze (tuto činnost vykonávala Mgr. Eva Toegelová na DPP). Výsledky budeme zpracovávat v roce 2014. 3. Analýza dopadů přírodních katastrof na jednotlivé kraje Pro období 1997 2010 jsme zjistili nejvýznamnější přírodní pohromy v ČR. Jednalo se o povodně: červenec 1997, červenec 1998, červenec 2002, srpen 2002, květen 2003, březen až duben 2006, červen 2008, červen až červenec 2009, květen a červen 2010, srpen 2010, orkány: leden 2007, březen 2008. Ke každé události jsme shromáždili její časový rozsah, příčinu, následky, finanční škody, škody na dopravní infrastruktuře, počet obětí, počet evakuovaných, počet postižených úseků, další škody, podrobnější rozpis škod za územní celky a plošný rozsah (Tabulka 1). Podle databáze poškozených úseků, kterou jsme vytvořili v předchozí fázi řešení projektu, jsme spočítali dopady jednotlivých přírodních pohrom na kraje ČR. V každém postiženém kraji jsme spočítali počet poškozených úseků, počet odříznutých oblastí a lidí a index umožňující porovnání míry poškození mezi kraji. Tyto analýzy jsou součásti článku The impacts of natural disasters on road networks and methods for their evaluation. Budou rovněž uvedeny v souhrnné závěrečné zprávě za celý projekt. 4
Tabulka 1: Ukázka dopadů přírodních pohrom na jednotlivé kraje, resp. jejich silniční sítě. Z tabulky lze vidět, že nejhorší následky byly zaznamenání ve Zlínském kraji (ZLK) v roce 1997, kdy výkon sítě poklesl p téměř 30 % (pole V t ). Bylo poškozeno 121 úseků, síť se rozpadla na 47 částí a odříznuto bylo asi 67 tis. obyvatel. Tato událost bylo v kontextu celého zkoumaného období i všech krajů ČR výjimečná tím, jak silně zasáhla silniční síť. Podle lokalizace poškození komunikací lze sestavit přehled rozsahu událostí v podobě mapy (Obr. 5). Obr. 5: Příklad zobrazení dopadů přírodních pohrom na území České republiky. Vymezení areálu, které byly postiženy, bylo provedeno na základě hlášených škod o poškození pozemních komunikací. Obrázek je součástí připravované publikace. 5
4. Databáze sesuvů 1900 1970 na Moravě Jako modelové území pro aplikaci analýzy rizika používáme jižní část Vnějších Západních Karpat. Je to výhodné, protože tu jsou vedle povodní časté také sesuvy. Lze tedy počítat kombinovaný hazard. Abychom určili co nejpřesněji sesuvný hazard, zajistili jsme data o historickém sesouvání. Hledali jsme informace o historických sesuvech ve státních okresních archivech Kroměříž, Uherské Hradiště, Zlín, Vsetín, Olomouc. Jako zdroje informací sloužily inventáře obcí, obecní kroniky (Obr. 6), školní kroniky, farní kroniky, pamětní knihy, zápisy ze schůzí rad a plén, dobové noviny, záznamy Vodohospodářských a zemědělsko-technických oddělení, diskuse s pamětníky. Zjištěná data byla shromažďována v databázi s touto strukturou: ID, rok, měsíc, den, poloha X, poloha Y, nadmořská výška, obec, okres, poznámka, postižení, zdroj, další možný zdroj, přesnost prostorového určení. Databáze obsahuje 446 záznamů. Údaje jsme využili při přípravě článku Estimation of precipitation thresholds for shallow landslides initiation, Outer Western Carpathians, Czech Republic a článku Landsliding and its Impacts on the Village of Halenkovice, Outer Western Carpathians, Czech Republic Obr. 6: ukázka stránky z kroniky obce Maršova, která byla v roce 1967 silně poničena sesuvy. 5. Analýza dat z meteorologické stanice Napajedla K tomu, abychom mohli počítat ohrožení komunikací sesuvy, je potřeba vědět, kdy se sesuvy dějí. Srážky, zejména ty dlouhotrvající, jsou nejdůležitějším spouštěcím faktorem sesuvů. Ve zkoumaném území jsou sesuvy lokalizovány převážně v Chřibech nebo Vizovické vrchovině (Obr. 7). 6
Obr. 7: Okolí stanice Napajedla s vyznačením polohy svahových deformací. Koláče ukazují na podíl sesuvů vzniklých v jednotlivých letech. Obrázek je součástí připravované publikace. Proto, abychom mohli odhadnout srážkový práh, a tedy vlastně předpovědět, kdy k sesuvu může dojít, musíme rozčlenit sesuvy do tzv. sesuvných období. K tomu je třeba projít historické zdroje a analyzovat staré mapy (Obr. 8). Obr. 8: Schéma vzniku databáze sesuvů a identifikace tzv. sesuvných období pro modelové území. Obrázek pochází z připravované publikace. 7
Poněvadž zaznamenávání vodní hodnoty sněhu, jež je potřebná pro určení srážkových prahů, nebylo v minulosti běžnou záležitostí, je nutné tuto hodnotu dokázat odhadnout. Za tímto účelem byl sestaven model závisející na výšce sněhu, nově napadaném sněhu a na počtu dní se sněhovou pokrývkou (Obr. 9). Mimoto lze určit také hodnoty hazardu pro jednotlivé měsíce roku, vše na základě informací a analýzy historických dat (obr. 10). Obr. 9: Vztah mezi skutečnou a vypočítanou vodní hodnotou sněhu. Na základě tohoto vztahu byl sestaven model, který je součástí připravované publikace. Obr. 10: Příklad vztahu vodních hodnot sněhu pro všechny a kritické roky. Tyto grafy byly použity v přípravě článku pro odhad prahů vodní hodnoty pro vznik svahových deformací. 8
6. Hodnocení rizika na příkladu ORP Luhačovice Pro celé území ORP Luhačovice byla spočítána zranitelnost (Obr. 11, snížení výkonu sítě v případě, že daný úsek vypadne), hazard (Obr. 12, pravděpodobnost výskytu sesuvu, povodně, sněhu v čase) a kombinací obou jevů jsme získali mapu rizika (Obr. 13). Tyto výstupy jsme prezentovali na konferenci Krizový management v Lázních Bohdaneč v září 2013. Níže uvedené obrázky ukazují jednotlivé fáze postupu určení rizika. Nejprve je třeba zhodnotit zranitelnost, která je důsledkem topologie silniční sítě, ale také zohledňuje cenu jednotlivých součástí. Jejím obvyklým vyjádřením jsou náklady nutné k sanaci postiženého úseku. Lze také, jako v tomto případě, vyjadřovat relativně. Hazard je kombinací pravděpodobností vzniku přírodní pohromy a vyjadřuje se v procentech. Podle oblasti obsahuje různé dílčí přírodní hrozby, například povodně, sesuvy, nový sníh nebo také hrozbu polomu. Hodnoty rizika lze vyjádřit také do tzv. matice rizika, odkud je zřejmé, kde se úsek dané komunikace nachází v rámci prostoru definovaného pravděpodobností vzniku přírodní pohromy a zranitelností úseku (Obr. 14). Obr. 11: Určení zranitelnosti silniční sítě ORP Luhačovice. 9
Obr. 12: Určení kombinovaného ohrožení přírodními pohromami (povodně, sesuvy, nový sníh) v ORP Luhačovice. Obr. 13: Příklad výstupu hodnocení rizika pro ORP Luhačovice 10
Obr. 14: Výsledky lze vizualizovat v podobě matice rizika, kdy úseky s nejvyšší mírou rizika jsou lokalizovány v pravém horním kvadrantu. Námi vyvinuté optimalizační metody, které budou součástí připravované publikace, jsou schopny identifikovat uzly v síti, jejichž spojení zvýší celkovou robustnost sítě. Záleží samozřejmě na tom, jakým způsobem definujeme robustnost. V tomto případě byly použité standardní vztahy pro Network efficiency index, který byl vyvinut a upraven pro použití v reálných sítích v zahraničí. Detailní popis tohoto postupu, včetně citací odborné literatury bude součástí připravované publikace. Ve výsledku (Obr. 15) by se potom spojovaly dvojice uzlů se stejným číslem, které vyjadřuje pořadí výhodnosti. Obr. 15: Návrh spojení uzlů sítě ORP Luhačovice pro maximální zvýšení odolnosti. 11
7. Stanovení rizika pro ČR V předchozí kapitole byl uveden postup stanovení rizika na konkrétním příkladu. Uvedenou analýzu jsme zpracovali také pro celou ČR (Obr. 16). Vzhledem k rozsahu území uvádíme pouze přehlednou mapu. V tomto roce budeme prezentovat výsledky pro ČR formou publikace nebo map v příslušném měřítku. Obr. 16: Přibližná lokalizace 20 nejrizikovějších úseků v ČR. Podrobný popis, včetně postupu určení bude součástí připravované publikace. 8. Ostatní činnosti v roce 2013 Níže jsou popsány výsledky, kterých bylo dosaženo v uvedeném roce nebo, na kterých se pracovalo a výsledky budou k dispozici až v roce 2014. 8.1. Tvorba webové aplikace pro vyhledání objížděk Většina uvedené aplikace byla naprogramovaná již v r. 2012. V lednu a únoru 2013 proběhlo její testování a přesun na stránky projektu (http://trisk.cdvinfo.cz/objizdky/). Aplikace vyhledá nejkratší objížďku pro vybraný úsek, přičemž je možné rozhodnout o neprůjezdnosti jednoho či více úseků (Obr. 17). Plánované rozšíření bude umožňovat objížďky dle výšky a hmotnosti vozidla. Aplikaci je možné testovat. Případné dotazy rádi zodpovíme. 12
Obr. 17: Ukázka vzhledu aplikace pro výpočet objízdné trasy s možností definování uzavřených úseků. Nejedná se tedy pouze o výběr nejkratší cesty, který je dostupný např. na mapy.cz, ale uživatel si sám může vybrat, které z ostatních úseků jsou např. neprůjezdné, nebo je nechce využít. 8.2. Účast na konferencích v roce 2013 V tomto roce jsme se aktivně účastnili dvou konferencí v ČR. První s názvem Krizový management 2013 - analýza rizika a ekonomika prevence se konala v Institutu ochrany obyvatel Lázně Bohdaneč. Příspěvek Riziko přerušení pozemní komunikace modelování příčin a následků měl podobu PPT prezentace (Obr. 18). Obr. 18: Titulní strana prezentace, na vyžádání lze zaslat jako pdf soubor Druhá se týkala GIS a konala se v Praze. Jednalo se o Konferenci GIS ESRI v ČR, příspěvek byl ve formě posteru s názvem: Rizikové lokality na pozemních komunikacích v České republice, na příkladu Zlínského kraje" (Obr. 18). 13
Obr. 18: Zmenšená verze posteru (původní velikost A0 lze zaslat na vyžádání), který byl představen na konferenci ESRI v Praze. Jedná se o aplikaci metod hodnocení rizika. 14
8.3. Práce na publikacích V roce 2013 jsme pracovali na několika publikacích. Článek The impacts of natural disasters on road networks and methods for their evaluation byl zaslán do redakce časopisu Journal of Transport Geography, odkud nám byl vrácen k přepracování. V současné době (leden 2014) se bude posílat znovu. V manuskriptu jsme prezentovali příslušné indexy, zpracované v programovém prostředí Scilab, vhodné pro zhodnocení dopadů přírodních pohrom na silniční síť. Dále jsme rozpracovali článek Network robustness, random processes and their application to road networks, ve kterém jsme vyvinuli čtyři nové metody na hodnocení robustnosti sítí v souvislosti s různými typy náhodných událostí a navrhli jsme omezení, která umožňují aplikace těchto metod na silniční síť. Dále jsme všechny čtyři metody použili pro hledání nejvhodnější nové hrany, kterou lze přidat do síti a tím maximálně zvýšit její robustnost. Všechny výpočty byly realizovány pomocí programů naprogramovaných v prostředí Scilab. Níže je uveden seznam všech publikací, na kterých se v roce 2013 pracovalo. 8.3.1. Vydaná publikace Bíl, M., Vodák, R., 2013. Odolnost silniční sítě proti následkům katastrof. Silniční obzor 74, 176-179. 8.3.2. Publikace v recenzním řízení Bíl, M., Kubeček, J., Andrášik, R. An Epidemiological Approach to Determining the Risk of Road Damage due to Landslides. Nat Hazards. Článek se zabývá stanovením rizika, že dojde k přerušení silnice vlivem sesuvu. Baroň, I., Bíl, M., Bábek, O., Smolková, V., Pánek, T. The effect of slope failures on river-network pattern: a river piracy case study from the Flysch Belt of Outer West Carpathians. Geomorphology. Tento článek je shrnutí vlivu svahových deformací na strukturu říční sítě. Jde o aplikaci metod pro hodnocení hazardu sesouvání. Bíl, M., Krejčí, O., Bílová, M., Kubeček, J, Sedoník, J., Krejčí, V. Chronology and impacts of landsliding in village of Halenkovice, case study from the Czech Republic. Geografie Článek popisuje dopady sesouvání v modelovém území obce Halenkovice. Sesuvy zde zničily mnoho domů a poškodily místní komunikace. Bíl, M., Sedoník, J., Kubeček, J., Vodák, R., Bílová, M., Andrášik, R. Rizikové úseky silniční sítě analýza zranitelnosti a ohrožení přírodními pohromami. The Science for Population Protection. Tento článek představuje jednu z možností, jak hodnotit riziko přerušení silnic. 8.3.3. Připravované publikace na 2014 Bíl, M., Vodák, R., Kubeček, J., Sedoník, J, Bílová, M. The impacts of natural disasters on road networks and methods for their evaluation, using examples from the Czech Republic. Natural Hazards and Earth System Sciences. 15
Bude se posílat do redakce v lednu nebo únoru 2014. Hodnotí dopady přírodních pohrom na silniční sítě jednotlivých krajů v ČR Bíl, M., Andrášik, R., Kubeček, J., Sedoník, Zahradníček, P., Štěpánek, P. Estimation of precipitation thresholds for shallow landslides initiation, Outer Western Carpathians, Czech Republic. Nebyl prozatím vybrán časopis. Tato rozpracovaná publikace má za cíl ukázat na metody, pomocí kterých lze odhadnout srážkový práh pro vznik sesuvů. Bude součástí přednášky na konferenci v roce 2014. Bíl, M., Vodák, R., Network robustness, random processes and their application to road networks. Nebyl prozatím vybrán časopis. Tento článek byl zmíněn výše, jedná se o nové metody hodnocení robustnosti sítí. Všechny publikace mají uvedeno poděkování projektu a budou přiloženy k závěrečné zprávě projektu. V Olomouci 15. ledna 2014 RNDr. Michal Bíl, Ph.D. 16