VÝZKUMNÁ ZPRÁVA GA ČR 103/07/0676

2010 VÝZKUMNÁ ZPRÁVA GA ČR 103/07/0676 Extrémní srážkové scénáře pro rizikovou analýzu posouzení ekonomicky únosného a ekologicky šetrného návrhu stokových sítí. PETR PRAX JAROSLAV ROŽNOVSKÝ MILAN PALÁT

Výzkumná zpráva grantového projektu GA ČR 103/07/0676: EXTRÉMNÍ SRÁŽKOVÉ SCÉNÁŘE PRO RIZIKOVOU ANALÝZU POSOUZENÍ EKONOMICKY ÚNOSNÉHO A EKOLOGICKY ŠETRNÉHO NÁVRHU STOKOVÝCH SÍTÍ Hlavní řešitel: Ing. Petr Prax, Ph.D. Spoluřešitelé: RNDr., Ing. Jaroslav Rožnovský, CSc. Prof., Ing., Milan Palát, CSc. Spoluřešitelský kolektiv: Prof. Ing. Alois Prax, CSc. RNDr. Milan Šálek Mgr. Petr Štěpánek, Ph.D. Mgr. Pavel Zahradníček, Ph.D. Ladislav Budík, p.f. RNDr. Marie Budíková, Dr. RNDr. Helena Koutková, CSc. Ing. Radek Hellebrand Ing. Josef Beránek Doc. Ing. Petr Hlavínek, CSc. Doc., RNDr. Jaroslav Michálek, CSc. Ing. Michal Fusek Ing. Petr Prax, Ph.D. Brno, 30. 7. 2010

OBSAH 1. SOUHRN DOSAŽENÝCH VÝSLEDKŮ... 6 1.1. Přehled publikační činnosti kolektivu v průběhu řešení projektu... 6 2. ÚVOD... 10 3. KLIMATICKÉ POMĚRY NA JIŽNÍ MORAVĚ... 13 3.1. Klasifikace podnebí... 13 3.2. Hodnoty základních klimatických prvků... 14 3.3. Možná změna klimatu... 16 4. POPIS DOSTUPNÝCH SRÁŽKOMĚRNÝCH DAT... 18 4.1. Srážkoměrná síť ČHMÚ na Jižní Moravě... 18 4.1.1. Ombrografická měření... 21 4.2. Popis účelové brněnské srážkoměrné sítě BVK... 23 4.3. Radarová měření srážek... 26 4.3.1. Princip a problémy radarového měření srážek... 26 4.3.2. Chyby radarového měření srážek... 28 4.3.3. Systém odhadů srážek v ČHMÚ... 29 4.4. Kontrola kvality srážkoměrných dat... 31 4.4.1. Příprava vstupních dat a tvorba technický řad... 32 4.4.2. Použití denních řad pro kontrolu minutových srážkových úhrnů... 34 4.4.3. Využití radarových měření pro kontrolu kvality... 35 5. ANALÝZA SRÁŽKOMĚRNÝCH DAT... 37 5.1. Analýza srážkových maxim... 37 5.1.1. Popis dat... 37 5.1.2. Pojem rekordu, jeho střední hodnota a rozptyl... 37 5.1.3. Pravděpodobnostní rozložení počtu rekordů... 38 5.1.4. Vlastnosti rekordů v klouzavých 10-letých obdobích... 39 5.1.5. Interpretace výsledků... 40 5.1.6. Křivka překročení pro LN3 rozložení... 41 5.1.7. Goniometrická transformace LN3 rozložení... 45 5.1.8. Popis regresního modelu pro odhad stoleté srážky... 48 5.2. Analýza srážkových intenzit stanic jihomoravského kraje... 51 5.2.1. Intenzity srážek pro různé délky trvání... 51 3

5.2.2. Prostorová vazba srážkových intenzit... 53 5.2.3. Dlouhodobé kolísání srážkových intenzit... 54 5.2.4. Vazba mezi srážkovými intenzitami s různým trváním... 56 5.3. Aktualizace IDF křivek na jižní Moravě... 59 5.3.1. Aplikace IDF křivek ve městském odvodnění... 59 5.3.2. Srážkoměrná data... 59 5.3.3. Metodika aktualizovaného vyhodnocení... 61 5.3.4. Srovnání metodik vyhodnocení IDF křivek... 62 5.3.5. Porovnání extremity srážek... 63 5.3.6. Srovnání původního a aktualizovaného vyhodnocení... 65 5.3.7. Diskuze... 66 5.4. Periodogramy historických dešťových řad... 67 5.4.1. Tvorba periodického modelu... 67 5.4.2. Periodogramy měsíčních úhrnů... 68 5.4.3. Periodogramy ročních úhrnů... 70 5.4.4. Diskuze... 72 5.5. Vyhodnocení intenzit srážek v letech 2008-2009 v Hodoníně a Břeclavi... 73 5.5.1. Použité metody... 73 5.5.2. Výsledky a diskuze... 75 5.5.3. Čáry překročení pro jednotlivé doby trvání... 76 5.5.4. Denní chod počátku maximálních intenzit dešťů... 77 5.5.5. Počátek prvních maximálních intenzit vzhledem k počátku deště... 79 5.5.6. Diskuze... 81 5.6. Shluková analýza plošného monitoringu srážek nad městem Brnem... 82 5.6.1. Úkol shlukové analýzy... 82 5.6.2. Podobnost objektů... 82 5.6.3. Hierarchické shlukování... 82 5.6.4. Nehierarchické shlukování metodou k průměrů... 83 5.6.5. Statistické zpracování dat a jeho interpretace... 84 5.6.6. Shluková analýza pro roky... 84 5.6.7. Shluková analýza pro stanice... 87 5.6.8. Diskuze... 89 5.7. Prostorové rozložení úhrnů husté sítě města Brna... 90 5.7.1. Prostorová korelace... 90 5.7.2. Maximální sumy srážek v trvání 5, 10, 15, 20, 30 a 60 minut... 91 4

5.7.3. Prostorové rozložení maximálních intenzit... 94 5.7.4. Případová studie: Extrémní déšť 15. července 2009... 97 5.8. Přínos radarových měření pro analýzu srážek na území města Brna... 98 5.9. Hydraulická spolehlivost stokových sítí... 105 5.9.1. Průtok jako náhodná veličina a její charakteristiky... 105 5.9.2. Volba rozdělení pravděpodobností pro průtok... 106 5.9.3. Vlastnosti LNR... 110 5.9.4. Odhady parametrů a parametrických funkcí LNR... 110 5.9.5. Rozdělení maximálních hodnot... 114 5.9.6. Diskuze... 114 6. ZÁVĚR... 116 7. POUŽITÁ LITERATURA... 120 5

1. SOUHRN DOSAŽENÝCH VÝSLEDKŮ Všechny cíle navrhované v důvodové zprávě projektu s reg. č. 103/07/0676 byly splněny. Byla sestavena a otestována metodika pro měření, validaci a archivaci srážkových dat v podmínkách České republiky s jejich zaměřením pro potřeby matematického modelování odvodnění urbanizovaných území. Metodika je založena na pevně stanovené posloupnosti převzatých či nově vytvořených a validovaných analytických postupů popsaných ve výzkumné zprávě či v níže uvedených publikacích. Na pilotním projektu (Jihomoravský Kraj) bylo výše zmíněnou metodikou zpracováno šest historických dešťových řad, reprezentativně rozmístěných v zájmovém území (v zadání projektu byly slíbeny čtyři). Pro co největší zástupnost referenčních stanic v pilotním povodí bylo doporučeno (z finančních prostředků projektu též v roce 2008 zahájeno) trvalé monitorování dešťů v lokalitě Hodonín a Břeclav. Byly testovány současné a rozvíjeny výhledové možnosti nepřímého měření dešťových srážek pomocí meteorologických radiolokátorů. Mnoho nových vědeckých poznatků a technických informací o přesnosti tohoto typu měření poskytly zejména analýzy s využitím propojení tohoto nepřímého měření srážek při jejich porovnání s účelovou sítí 21 srážkoměrů v povodí jednotné stokové soustavy na katastrálním území města Brna. Pro selekci nejvýznamnějších historických srážek v oblasti městského odvodnění je doporučeno využívat: analýzu HDŘ pomocí metod frekvenční analýzy, které vytipují délku směrodatného období pro využití v simulačních modelech stokových sítí, pro potřeby kontinuální simulace; pro kontinuální simulace na rozsáhlých odvodňovacích systémech (Praha, Brno, Olomouc) bylo testováno využití tzv. typického roku za účelem snížení výpočtového času při kontinuální simulaci; pro potřeby epizodní simulace je doporučena selekce směrodatných dešťových událostí na základě stanovení intervalu periodicity a blokového úhrnu. Výše uvedené a projektem slíbené selekce návrhových dešťů a tvorby okrajových podmínek byly validovány v rámci reálných projektů v oblastech vodního hospodářství - zejména pak v oblasti Městského odvodnění. Kolektivem autorů zpracované reálné výstupy již byly využity v rámci zpracování Generelu odvodnění města Brna (zpracovaného v letech 2007-2009, konsorciem firem Pöyry Environment, a.s. a DHI, Česká republika). Zde byly výsledky projektu využity při tvorbě zátěžových scénářů pro stanovení hydraulické spolehlivosti stokové sítě i vlivu kanalizace na významné vodní toky v zájmovém území. 1.1. Přehled publikační činnosti kolektivu v průběhu řešení projektu Knižní publikace [1] Prax, P., Rožnovský, J.; Palát, P., a kol., 2010. Měření, validace a analýza dlouhodobých dešťových řad v městské hydrologii, nakladatelství VUTIUM, Brno, 1. vydání, ISBN 978-80-214-4131-6, 108 stran. 6

Konference, jež byly uskutečněny jako přímá propagace projektu nebo v nich byli řešitelé zapojeni jako hlavní organizátoři a členové programových výborů [2] Konference Rizika ve vodním hospodářství, 26. - 27. 11.2007 Brno, sborník - ISBN: 978-80-86433-43-1. Spolupořadatelská činnost a příspěvek na vytištění sborníků. [3] Konference s mezinárodní účastí Optimalizace návrhu a provozu stokových sítí a ČOV, Břeclav 2007, ročníky 2008, 2009 a 2010 ve Velkých Bílovicích. [4] Odborný seminář s názvem Hydrologické podklady pro potřeby městského odvodnění, Brno, červen 2010, sborník - ISBN: 978-80-214-4096-8, (uspořádáno za účelem prezentace dosažených výsledků a uskutečnění veřejné rozpravy). Články do recenzovaných a impaktovaných časopisů [5] Beránek, J., 2010. Hospodárnost systémů využití dešťové vody v budovách. Příspěvek do odborného časopisu SOVAK, č. 6/2010, str. 9-12. [6] Palát, M., Prax, A., Rožnovský, J., Palát, M. jr., 2010. Causes and consequences of a flood wave on the lower reach of the Dyje river near Břeclav. Článek byl přijat ve vědeckém periodiku Soil and Water Research, při ČAZV. [7] Hellebrand, R., Michálek, J., Fusek, M., Prax, P., 2010. Modelling precipitation extremes for the purpose of urban drainage. Článek je v recenzním řízení impaktovaného vědeckého periodika Journal of Hydrology. Ostatní publikační činnost [8] Budíková, M., Koutková, H., Prax, P., 2007. Shluková analýza plošného monitoringu srážek nad zájmovým územím města Brna. In Optimalizace návrhu a provozu stokových sítí a ČOV, 11-12. 10. 2007 Břeclav, ISBN: 80-86020-54-1, str. 251-263. [9] Prax, P., Michálek, J., Doudová, L., Zbořilová, J., 2007. Příspěvek k problematice hydraulické spolehlivosti stokových sítí. Konference Rizika ve vodním hospodářství, 26. - 27. 11. 2007 Brno, ISBN: 978-80-86433-43-1, str. 418-431. [10] Palát, M., Prudký, J., Palát, M. ml., 2008. Modelování přirozené retence vody v povodí během záplavy. In FLAK, P. Biometrické metódy a modely v pódohospodárskej vede, výskume a výučbe. XVIII. letná škola biometriky, Račkova dolina, 23. - 27. júna 2008. 1. vyd. Vydavatelstvo SPU v Nitre: Agentura Slovenskej akademie pódohospodárskch vied, s. 205-212. ISBN 978-80-89162-31-4. [11] Prax, A., Palát, M., Hybler, V., 2008. Časová řada změn retenční kapacity půdy při antropogenním ovlivnění úrovně hladiny podzemní vody. Poster. In: Piate Podoznalecké dni. 15. 16. 10. 2008, Sielnica, Slovenská republika. 7

[12] Prax, P., Rožnovský, J., Hellebrand, R., Štěpánek, P., 2008. Změny hydrologických podmínek, vliv na návrh a provozování systémů městského odvodnění. Konference s mezinárodní účastí Městské vody, ISBN 80-86020-59-2, Velké Bílovice, 2008, str. 85 93. [13] Pavlík, O., Studnička, T., Hellebrand, R., 2008. Matematické 3D modelování čelní odlehčovací komory. Příspěvek na konferenci Medzinárodná vedecká konferencia 70 rokov SvF STU, Bratislava, Slovensko. [14] Palát, M., Prax, A., Rožnovský, J., 2009. Náhlá povodeň v území nivy Dyje nad Břeclaví, in Mezinárodní konference: Sociální, ekonomické a environmentální aspekty bleskových povodní. [15] Prax, P., Hellebrand, R., Fusek, M., Michálek, J., 2009. Analýza historických dešťových řad pro potřeby městského odvodnění, In Současná problematika vodního hospodářství měst a obcí. 1. Brno, VUT v Brně FAST ÚVHO. p. 21-26. ISBN 978-80-214-3862-0. [16] Prax, P., Hellebrand, R., Fusek, M., Michálek, J., Rožnovský, J., 2009. Hydrologické podklady pro návrh, rekonstrukci a provozování městského odvodnění současné možnosti a potřeby v podmínkách ČR. In 8. Mezinárodní konference Odpadní vody, Wastewater 2009, Plzeň. ISBN 978-80-254-4068-1. [17] Štěpánek, P., Zahradníček, P., 2009. Zpracování minutových úhrnů srážek ze stanice Brno - Tuřany v letech 1948-2000. In: Fyzickogeografický sborník 6. Přírodovědecká fakulta MU, Brno. [18] Hellebrand, R., 2010. Kontrola kvality srážkoměrných dat. In. Juniorstav 2010, 12. odborná konference doktorského studia. Brno 24. 02. 2010. [19] Prax, P., Hradská, A., Pospíšil, O., Hellebrand, R., 2010. Řešení dešťových vod v rámci generelu odvodnění města Brna. Odborný seminář - Hospodaření s dešťovými vodami ve městech a obcích, Brno, 2010. ISBN 987-80-86020-67-9. Články ze sborníku semináře Hydrologické podklady pro potřeby městského odvodnění, jež nejsou zahrnuty ve výše uvedeném výčtu a sloužily jako pracovní materiál prezentovaný na semináři (veřejná rozprava, Brno). [20] Budíková, M., Budík, L., 2010. Analýza srážkových maxim. Sborník odborného semináře Hydrologické podklady pro potřeby městského odvodnění, Brno, červen 2010, ISBN: 978-80-214-4096-8. [21] Budíková, M., Budík, L., 2010. Modelování maximálních ročních srážek pomocí transformovaného tří-parametrického logaritmicko-normálního rozložení. Sborník odborného semináře Hydrologické podklady pro potřeby městského odvodnění, Brno, červen 2010, ISBN: 978-80-214-4096-8. [22] Hellebrand, R., Michálek, J., Fusek, M., Prax, P., 2010. Aktualizace hydrologických podkladů pro potřeby městské hydrologie. Sborník odborného semináře Hydrologické podklady pro potřeby městského odvodnění, Brno, červen 2010, ISBN: 978-80-214-4096-8. 8

[23] Koutková, H., 2010. Analýza periodicity dešťových řad. Sborník odborného semináře Hydrologické podklady pro potřeby městského odvodnění, Brno, červen 2010, ISBN: 978-80-214-4096-8. [24] Prax, P., 2010. Stanovení návrhového deště. Sborník odborného semináře Hydrologické podklady pro potřeby městského odvodnění, Brno, červen 2010, ISBN: 978-80-214-4096-8. [25] Prax, P., Hradská, A., Hellebrand, R., 2010. Řešení dešťových vod v rámci generelů odvodnění. Sborník odborného semináře Hydrologické podklady pro potřeby městského odvodnění, Brno, červen 2010, ISBN: 978-80-214-4096-8. [26] Litschmann, T., Rožnovský, J., 2010. Vyhodnocení intenzit srážek v letech 2008 a 2009 v Hodoníně a Břeclavi. Sborník odborného semináře Hydrologické podklady pro potřeby městského odvodnění, Brno, červen 2010, ISBN: 978-80-214-4096-8. [27] Šálek, M., 2010. Odhady srážek z meteorologického radaru a srážkoměrná měření ve městě Brně. Sborník odborného semináře Hydrologické podklady pro potřeby městského odvodnění, Brno, červen 2010, ISBN: 978-80-214-4096-8. [28] Zahradníček, P., Štěpánek, P., Šálek, M., 2010. Prostorové rozložení úhrnů srážek husté sítě srážkoměrných stanic na území města Brna v letech 2003-2009. Sborník odborného semináře Hydrologické podklady pro potřeby městského odvodnění, Brno, červen 2010, ISBN: 978-80-214-4096-8. [29] Štěpánek, P., Zahradníček, P., 2010. Analýza minutových úhrnů srážek ze stanice Brno- Tuřany v letech 1948-2000. Sborník odborného semináře Hydrologické podklady pro potřeby městského odvodnění, Brno, červen 2010, ISBN: 978-80-214-4096-8. Software [30] RainDist, 2007. Software pro plošné rozložení srážkové stopy ze sítě srážkoměrných stanic na zájmovém území. [31] RainCounter, 2008. Software je určen pro statistické zpracování a vyhodnocení historických dešťových řad v digitalizované podobě. 9

2. ÚVOD Předkládaná zpráva shrnuje výsledky spolupráce několika vědeckých pracovišť zabývajících se problematikou městské hydrologie. Jedná se o pracoviště Ústavu vodního hospodářství obcí na VUT v Brně, fakulty stavební, Českého hydrometeorologického ústavu, pobočka Brno a specialistů z oblasti matematické statistiky z Medelovy univerzity v Brně. Úvodní kontakty proběhly v rámci spolupráce na řešení mezinárodního Grantu s názvem Computer Aided Rehabilitation of Sewer network (5. rámcový program, 2002-2005). Z jeho závěrů vyplynuly doporučení na dopracování chybějících podkladů v rámci národních výzkumných projektů ve všech jedenácti zapojených EU zemí. Jako nejslabší článek dalšího rozvoje městského odvodnění v ČR bylo doporučeno zejména validovat hydrologická data. Tento náročný úkol byl motivací k podání společného výzkumného projektu na Grantovou agenturu ČR- projekt Extrémní srážkové scénáře pro rizikovou analýzu posouzení ekonomicky únosného a ekologicky šetrného návrhu stokových sítí, který byl realizován v letech 2007-2010. Vysoké srážkové úhrny mají na lidskou činnost dramatický dopad s neblahými následky v podobě velkých materiálních škod nebo dokonce i ztrát na životech. Pokud tyto úhrny spadnou v krátkém čase na podstatnou část libovolně velkého povodí, dochází ke vzniku povodní (např. Morava v červenci 1997 nebo Čechy v srpnu 2002), popřípadě mohou vznikat tzv. bleskové povodně (např. blesková povodeň z 26. května 2003 na levostranných přítocích Svitavy) či řada událostí v okolí Nového Jičína a dalších místech Moravy v průběhu jara a léta 2010. V souvislosti s diskutovanými klimatickými změnami je často kladena otázka, zda se četnost výskytu a intenzita těchto jevů s časem mění a popř. jakým způsobem. Tato kniha nemá za cíl polemizovat nad touto problematikou, ale pokud možno co nejpodrobněji, s využitím nejnovějších vědeckých poznatků, referovat a na pilotním povodí ČR (Jižní Morava, viz Obr. 4.1) připravit databáze srážkoměrných údajů odpovídajících současných možnostem Městské hydrologie a výhledovým potřebám technického oboru Odvodnění urbanizovaných území. Hlavní prioritou naší práce bylo v průběhu let 2007 až 2009, na základě vyhodnocení veškerých dostupných dat, zpracovat, homogenizovat a autorizovat co nejvyšší počet historických dešťových řad s minutovým vyhodnocením úhrnů srážek z míst, jež dostatečně reprezentativně pokryjí pilotní území projektu. V rámci této činnosti bylo nutno vytvořit a průběžně ověřit řadu originálních postupů, jež umožní pokud možno strojní kontrolu a homogenizaci dat zejména z důvodu přechodu měrných kapaní ze starších ombrografů na nově instalované automatické srážkoměry. Takto získané technické a vědecké poznatky budou využity v rámci digitalizace srážkoměrných dat na území celé ČR. Zvýšená pozornost pak byla upřena na katastrální území města Brna. Pro tuto urbanizovanou oblast bylo vzhledem k rozloze zájmového území nutno ošetřit zejména plošné rozložení chodu srážek v oblasti. Původně šest zvažovaných referenčních míst bylo možno díky dlouhodobé spolupráci s Magistrátem města Brna v pilotním území posílit o účelovou srážkoměrnou síť s 18 automatickými srážkoměrnými stanicemi (Obr. 4.5). Ty vyhodnocují v plném rozsahu plošné rozložení srážek minimálně po dobu sedmi let. 10

Tato navržená základní měrná síť byla podle potřeb dílčích výzkumných úkolů v projektu doplněná o další nezbytná data pořízená z dostupných zdrojů, tedy ze standardní sítě ČHMÚ - popsané v kapitole 3 - Popis dostupných srážkoměrných dat. Stejně jako většina technických oborů také systémy městského odvodnění lze bezpečně navrhnout či posuzovat s využitím postupů analýzy rizik. Nezbytným podkladem těchto moderních návrhových a optimalizačních postupů je tvorba návrhových scénářů do podoby návrhového deště. Rozhodujícími faktory pro výběr návrhového deště (tzv. horní okrajové podmínky pro matematické simulace) jsou vedle datových požadavků vybraného výpočtového prostředku (matematicky popisujícího srážko-odtokový děj tzv. deterministický či stochastický simulační model), tvar a rozsah zájmového povodí a typ řešené inženýrské úlohy. V raných stádiích matematického popisu srážko-odtokového procesu bylo vše postaveno na jednoduchých, empirických výpočtových metodách, založených na racionálním vzorci. Jehož koncept byl poprvé představen v (Kuichling, 1889). Postačující hydrologickou okrajovou podmínku v něm představuje zatěžovací déšť určité doby trvání s konstantní intenzitou (blokový déšť), který je výsledkem statistického vyhodnocení historických dešťových řad (HDŘ) do podoby uspořádaných čar náhradních srážkových intenzit, nazývané též jako IDF křivky (Intensity- Duration-Frequency curves). V těchto dobách byl primárním zdrojem dešťoměrných sledování ombrograf, kdy bylo provedeno manuální vyhodnocení ombrogramů do výsledné podoby IDF křivek, bez transformace součtových čar do podoby hyetogramu historické dešťové řady. S nástupem nestacionárních matematických modelů se otevřela možnost aplikace zatěžovacích dešťů s časově proměnnou intenzitou, tedy s průběhem shodným s reálným průběhem skutečné srážkové epizody. Stochastika i značná časoprostorová variabilita skutečných srážek však vedla ke snaze o celkové zjednodušení či typizaci nestacionárního návrhového deště. Celá řada autorů se pokoušela a nadále i snaží statistickými metodami vygenerovat návrhový nestacionární déšť (tzv. syntetický déšť), viz (Keifer et al., 1957; Šifalda, 1973; Desbordes, 1978), který je často odvozován z podobnosti celkového úhrnu s deštěm blokovým. V současnosti lze za nejpracnější výpočtovou metodu (avšak při dobré kalibraci matematického modelu také nejpřesnější) používanou ve stokování považovat dlouhodobou simulaci srážko-odtokových poměrů na kalibrovaném dynamickém simulačním modelu. Zásadní otázkou pro uplatnění této deterministické simulace je zvolená délka vstupní historické řady v podobě autorizovaných srážkových dat naměřených na reálném povodí. Velmi podrobně se tedy výzkum zaměřil mimo zástupnost těchto řad také na určení minimálního nepřetržitého období pomocí frekvenčních analýz. Všechny publikované analýzy srážkových dat, které jsou ve zprávě uvedeny a prokázaly v průběhu řešení grantového projektu nad pilotním povodím svoji životaschopnost, bude nutno i nadále testovat v rámci reálných projektů v oblastech vodního hospodářství - zejména pak v oblasti Městského odvodnění. Kolektivem autorů zpracované reálné výstupy již byly využity v rámci zpracování Generelu odvodnění města Brna (zpracovaného v letech 2007-2009, konsorciem firem Pöyry Environment, a.s a DHI, Česká republika). Zde byly výsledky projektu využity při tvorbě zátěžových scénářů pro stanovení hydraulické spolehlivosti stokové sítě i vlivu kanalizace na významné vodní toky v zájmovém území. Jako potřebné se 11

výsledky analýz ukázaly při tvorbě metodiky hospodaření s dešťovou vodou na katastrálním území města Brna, stejně tak se uplatnily v případě podkladů pro ČSN 75 9010 Zasakování dešťových vod také na území celé ČR. Popis dílčích výstupů a analýz zahájíme stručnou charakteristikou klimatických poměrů v pilotním povodí, tedy v oblasti Jižní Moravy. 12

3. KLIMATICKÉ POMĚRY NA JIŽNÍ MORAVĚ Hodnocení srážkových poměrů kteréhokoliv místa naší republiky je vždy nutné dát do souvislosti s podmínkami našeho podnebí, které je významně ovlivněno cirkulačními a geografickými poměry (Netopil, et al, 1984). Naše území leží v mírném pásu s tím, že jde o oblast přechodného klimatu středoevropského. Po převážnou část roku u nás převládá vzduch mírného pásma, dále se vyskytuje vzduchová hmota tropická, v krátkých časových úsecích také vzduchová hmota arktická (v zimním období). Na naše podnebí působí vlivy Atlantického oceánu, ale také v menší míře euroasijský kontinent. Kontinentalita našeho území od západu k východu vzrůstá přibližně o 10 %. Oceanita Čech se uvádí asi 55 %, pro východní Moravu kolem 50%. V Čechách je mírnější zima a chladnější léto, sluneční svit je nižší a srážky jsou stejnoměrněji rozdělené než na Moravě a ve Slezsku, kde jsou větší teplotní amplitudy. To dokládá zmírňující vliv mořského klimatu hlavně v zimním období. Naopak v letním období vyšší teploty vzduchu dokládají částečný kontinentální vliv, který je typický výskyty bouřek hlavně v letním období. Významný vliv na podnebí mají naše hory, které vytvářejí tzv. klimatické přehrady, kdy zčásti zabraňují vpádům studeného vzduchu od severu a vzhledem k západnímu proudění vyvolávají dešťový stín. Na klimatickou rozmanitost našeho území má větší vliv členitost terénu a jeho výška než zeměpisná poloha. Proměnlivost počasí je dána výskyty různých synoptických situací. Z dlouhodobých studií vyplývá, že naše podnebí závisí hlavně na cyklonální činnosti a podle její aktivity jsou jednotlivé roky velmi proměnlivé. 3.1. Klasifikace podnebí Klimatologické hodnocení našeho podnebí je nejčastěji vyjadřováno pomocí klasifikace podnebí, která byla vypracována Hydrometeorologickým ústavem. Mapu klimatických oblastí za období 1961 až 2000 uvádí Atlas podnebí Česka (Tolasz, R. et al., 2007). Na základě klimatických a fenologických prvků bylo území ČR rozděleno: A. do 3 klimatických oblastí: 1. teplá oblast je vymezena izolinií padesáti i více letních dnů, případně izofenou počátku žní ozimého žita do 15. července. Jde o nejteplejší oblast, kde se dobře daří teplomilným plodinám, např. tabáku, kukuřici, paprice atd.; 2. mírně teplá oblast jen vymezena izolinií 30 letních dnů, kterou častěji nahrazujeme červencovou izotermou 15 C v Čechách a na Moravě a 16 C v Beskydech. Je současně hranicí rentabilního pěstování pšenice; 3. chladná oblast je v místech, kde jsou červencové teploty pod 15 C v Čechách a na Moravě a pod 16 C v Beskydech. B. do 5 podoblastí podle Končekova indexu zavlažení (Iz), kdy byly vymezeny podoblasti: suchá (kdy Iz je nižší než - 20), mírně suchá (Iz -20 až 0), mírně vlhká (Iz od 0 do 60), vlhká (Iz od 60 do 120) a velmi vlhká (Iz je větší než 120). Tato klimatologická charakteristika není v současné době užívána. C. do okrsků, kdy bylo použito průměrné délky slunečního svitu za duben až září, průměrné lednové teploty, charakteru krajiny atd. Jednotlivé oblasti byly rozděleny takto: 6 klimatických okrsků 13

je v teplé oblasti (A1 až A6), 10 klimatických okrsků v mírně teplé (B1 až B10) a 3 okrsky v chladné oblasti (C1 až C3). Podrobnější soubornou klasifikaci klimatu pro naše území je klasifikace podle dr. E. Quitta, též uvedená v Atlasu podnebí Česka. Ke zpracování bylo vybráno 14 nejvýznamnějších klimatických charakteristik, které poskytují vcelku podrobný obraz klimatických poměrů naší republiky pro technické, zemědělské, ale i rekreační účely. Byly to mapy rozložení průměrné teploty vzduchu, v lednu, dubnu, červenci a říjnu, charakterizující roční teploty vzduchu, případně teploty jednotlivých ročních období. Dále pak mapy průměrného počtu letních (T max = 25 C), mrazových (T min = - 0.1 C) a ledových (T max = - 0.1 C) dnů, počtů dnů s teplotou 10 C a větší. Ty nám udávají přibližnou délku přechodného nebo zimního období či délku vegetačního období. Srážkové poměry jsou charakterizovány srážkovým úhrnem ve vegetačním (IV IX) a chladném (X III) období, dále pak počet dnů se srážkami 1mm a více a počet dnů se sněhovou pokrývkou. Ostatní klimatické charakteristiky byly reprezentovány údaji o počtu jasných a zamračených dnů. Překrýváním 14ti vybraných map v měřítku 1 : 500 000 byly vymezeny tři hlavní oblasti, a to teplá, mírně teplá a chladná. Oblast teplá se dále dělí na pět jednotek T1 až T5, mírně teplá na jedenáct jednotek MT1 až MT11, chladná oblast je dělena na 7 jednotek CH1 až CH7. 3.2. Hodnoty základních klimatických prvků Přestože jsou srážky na našem území jediným zdrojem vody, základní hodnocení klimatu je prováděno převážně z teplotních údajů. Podrobný tabelární přehled hodnot klimatických prvků a jejich dynamiku najdeme v Podnebí ČSSR Tabulky (1960) a Podnebí ČSSR Souborná studie (1969). Teplota vzduchu se v ročním průměru pohybuje od teplot kolem - 1 C (nejvyšší polohy) až po 10 C na jižní Moravě. Zde je nutné uvést, že vyšší teploty jsou v centru velkých měst, hlavně v Praze, kde roční průměr přesahuje 10 C. Tento, tzv. tepelný ostrov města, se z části vyskytuje i v Brně. Absolutní amplituda podle extrémních teplot vzduchu činí na našem území 82.4 C, kdy absolutní maximum 40.2 C bylo naměřeno 27. 7. 1983 v Praze-Uhříněvsi. Absolutní minimum teploty vzduchu -42,2 C se vyskytlo v Litvínovicích u Českých Budějovic 11. února 1929. Z hlediska ročního chodu teploty vzduchu je nejchladnějším měsícem roku leden, nejteplejším červenec. Červnové ochlazení souvisí s nástupem zvýšené srážkové činnosti (medardovské období) na začátku druhé dekády června. Červencové maximum v teplotní křivce připadá nejčastěji na 15. nebo 26. až 31. července. Vzestup teplot koncem září, tzv. babí léto, se výrazněji projevuje na východě území vlivem východoevropské anticyklony. Známá je vánoční obleva uprostřed poslední dekády prosince, která se na teplotní křivce projevuje zastavením poklesu. S ohledem na poslání této publikace, ale i z hlediska hodnocení zdrojů vody je potřebné podrobné hodnocení srážek na našem území. Ty se vyznačují velkou časovou i místní proměnlivostí s velkou závislostí na nadmořské výšce a expozici vzhledem k převládajícímu proudění. Mají roční chod kontinentálního typu s jednoduchou vlnou, kdy maximum úhrnů připadá převážně na červenec, minimum na únor nebo leden. Dlouhodobé výsledky hodnocení srážkových úhrnů dokládají, že nejnižší srážkové úhrny jsou v okolí Žatce, kde nejnižší průměrný roční úhrn má hodnotu 410 mm a je nejsušší oblastí republiky. Nejvíce srážek vykazuje Bílý Potok (U studánky) v Jizerských horách ve výšce kolem 900 m n.m. s průměrem 1705 mm srážek. Podle ročních období má nejvyšší průměrné úhrny srážek léto (kolem 40 %), dále jaro (asi 25 %), podzim (kolem 20 %) a zima (asi 15 %). Letní maximum 14

souvisí s výskytem bouřkových lijáků při advekci relativně studeného vzduchu od západu až severozápadu. Extrémní situace výskytu srážek, tedy výskyty povodní a výskyty sucha je typickým znakem pro naše podnebí (Hladný et al., 1998). Přehled o rozložení průměrných úhrnů srážek v Jihomoravském kraji dává (Obr. 3.1). Minimální roční průměr srážek na jižní Moravě připadá na oblast jižně od Znojma (Drnholec 495 mm), maximální roční průměr patří Lysé hoře s 1532 mm (Moravskoslezské Beskydy). Nejmenší roční úhrn srážek na jižní Moravě, a to 251 mm (48 % průměru), byl naměřen r. 1947 na jih od Brna na stanici Sokolnice. V průměru činí maximální roční úhrny srážek ve velmi vlhkém roce více než 150% a minimální roční úhrn ve velmi suchém roce jen okolo 50% srážek podle dlouhodobého průměru. Měsíční maxima v mimořádně vlhkých měsících mohou překročit i více než 500% příslušného měsíčního průměru. Denní maxima v jednotlivých měsících překračují měsíční průměr pro dané místo. Nejvyšší zaznamenané hodnoty představují denní úhrn přes 100 mm. K charakteristice srážkových poměrů nestačí jen uvedení úhrnů. Rozdělení srážek v roce daleko lépe vyjadřuje počet dnů se srážkami (srážkové dny). Nejčastěji je uváděn počet dnů se srážkami 1 mm a více, kterých je průměrně za rok na jižní Moravě přes 90, v horských, nejvlhčích oblastech, skoro 190. Výskyt bouřek je typický pro léto, s maximem v červnu a červenci. Průměrně je u nás v roce kolem 25 bouřek, přitom nejméně jich je v nížinách, ale s nadmořskou výškou jejich počet stoupá. Obr. 3.1 - Průměrný roční úhrn srážek v Jihomoravském kraji za období 1961-2008, dle (Fukalová et al., 2010) Důležité jsou též údaje o pravděpodobnosti výskytu srážkových úhrnů (Rožnovský, 1987). Pro normálové období 1961-1990 bylo vypočteno klimatické zajištění srážkových úhrnů pro 15

jednotlivé měsíce na území jižní Moravy. Důležité je zjištění, že u všech stanic s ročními úhrny pod 600 mm, pouze dva roky z deseti budou mít dubnové srážky kolem 50 mm a květnové přes 70 mm. Naopak musíme počítat, že každé dva roky v desetiletí budou úhrny v těchto měsících pod 20 mm. V podstatě každý druhý rok musíme počítat se srážkovými úhrny v teplé části (duben až září) pod 300 mm. Hodnoty absolutních minimálních měsíčních úhrnů se vyskytovaly s nulovou hodnotou v měsících duben, říjen a listopad. U ostatních měsíců nepřekročily úhrny 10 mm mimo měsíce srpna, který má minimální úhrn 12 mm. Úhrn srážek je v normálovém období 1961-1990 oproti průměru za období 1901-1950 o 23 až 75 mm, úhrn vegetačního období o 5 až 38 mm nižší. Můžeme říci, že z tohoto srovnání vyplývá, že roční pokles srážek hodnoceného období probíhal rozdělen takřka na poloviny mezi vegetační a nevegetační období. Intenzity jsou sice jednou ze základních charakteristik srážek, ale v klimatologické literatuře je jejich hodnocení uváděno výrazně méně než úhrny srážek. Znalost srážkových intenzit o různé délce trvání patří k důležitým informacím jak při řešení problémů spojených s odvodem srážkových vod z území, především pak zastavěného, ale poskytuje cenné podklady i při studiu procesů probíhajících při erozi půdy apod. Při hledání příčin vysokých srážkových úhrnů si musíme uvědomit, že obecně je výskyt srážek dán příslušnou povětrnostní situací (Pavlík, J., Sandev, M., 1997). Ke srážkám patří i výskyt sněhu, když na našem území je sněhová pokrývka velmi nepravidelná. Na jižní Moravě se v některých letech souvislá sněhová pokrývka takřka nevyskytovala. V průměru se maximální výška sněhové pokrývky pohybuje od 15 cm v nížinách do 200 cm na horách. Její výskyt činí v nížinách průměrně 40 dnů, na horách dosahuje takřka 200 dnů. Komplikace může způsobit rychlé tání sněhové pokrývky dané rychlým oteplením na jaře doprovázené výskytem sněhu. V březnu 2006 tato situace byla příčinou povodní. S využitím údajů o evapotranspiraci a srážkách můžeme stanovit různé ukazatele vláhové bilance (Kohut et al., 2009). Srážky představují příjem vody do naší krajiny, její výdej je dán evapotranspirací. Nejčastěji uvádíme hodnoty potenciální evapotranspirace, která v nejteplejších oblastech jen málo přesahuje 700 mm, v nejchladnějších nedosahuje 400 mm, měsícem s nejvyšším výparem z vodní hladiny je červenec s dlouhodobým průměrným výparem i přes 120 mm. Aktuální evapotranspirace dosahuje v teplých oblastech 400 až 450 mm, největší je ve středních výškách, málo přes 500 mm, a v nejvyšších polohách činí méně jak 350 mm. Rozdíl mezi evapotranspirací a srážkami vyjadřuje vláhové poměry daného místa, tedy humiditu (když jsou vyšší srážky) či ariditu (pokud je vyšší evapotranspirace). 3.3. Možná změna klimatu Výsledky klimatologického modelování možného, tedy budoucího klimatu dávají předpoklad, že se na našem území podle různých scénářů bude zvyšovat průměrná roční teplota vzduchu v rozpětí nárůstu od 1.5 C až do 5 C, přitom srážky by se měly pohybovat přibližně kolem stávajících úhrnů. Ovšem je predikce změn výskytu srážek v průběhu roku, a též v nárůstu vyšších úhrnů srážek, tedy zvýšení výskytu vysokých úhrnů v bouřkách. Takto by docházelo k častějším výskytům sucha, protože by narůstala bezesrážková období, přitom, hlavně v letním období se vyskytovaly vysoké úhrny srážek s vysokou intenzitou. Z literárních podkladů pro hodnocené území je zřejmé, že bude docházet k aridizaci našeho území. 16

Z hlediska odvodu vody měst je nutné s touto predikcí počítat. Možná změna klimatu ještě zvýší dynamiku proměnlivosti našeho podnebí včetně úhrnů srážek. Z hodnocení výskytu bezesrážkových období (Fukalová et al., 2009) vychází, že průměrný počet dnů tohoto období se mění v závislosti na nadmořské výšce od asi 90 pro nejižnější části Moravy po 50 na Vysočině, s maximy v nejsušších oblastech přes 100 dnů v roce, např. Kuchařovice 108 dnů. 17

4. POPIS DOSTUPNÝCH SRÁŽKOMĚRNÝCH DAT 4.1. Srážkoměrná síť ČHMÚ na Jižní Moravě Mezi základní zdroj dat pro účely výzkumu patří zejména údaje standardní sítě Českého hydrometeorologického ústavu (ČHMÚ), tedy síť meteorologických, klimatologických a srážkoměrných stanic (Obr. 4.1). Jsou použita data z leteckých stanic Brno-Tuřany a Holešov, profesionální klimatologické stanice Kuchařovice, z klimatologických stanic Brno- Žabovřesky, Bystřice nad Pernštejnem, Bystřice pod Hostýnem, Strání, Strážnice, Velké Meziříčí. Zbývající použité stanice jsou stanice srážkoměrné, ale některé z nich po řadu let, většinou do roku 1961, kdy byla provedena reorganizace staniční sítě ČHMÚ, fungovaly jako klimatologické (Bzenec, Napajedla, Olešnice, Třebíč, Uherský Brod, Valtice, Velká Bíteš, Vyškov, Židlochovice). Pro analýzu maximálních denních srážkových úhrnů bylo využito 33 stanic se shodným obdobím měření 1933-2002 (Tab. 4.1). Nejníže položenou ze zpracovávaných stanic je Strážnice (176 m n. m.) a naopak nejvýše je Nové Město na Moravě (600 m n. m.). Obr. 4.1 - Síť stanic ČHMÚ (pobočka Brno) použitých pro analýzu denních maxim srážek (modré kolečka) a srážkových intenzit (červené čtverečky) 18

Tab. 4.1 - Stanice použité pro analýzu maximálních denních srážkových úhrnů za období 1933-2002 (uvádíme souřadnice posledního umístění stanice). Jméno stanice ID Zem. šířka Zem. délka Nadm. výška v m Bzenec B1BZEN01 48,9817 17,3053 182 Náměšť na Hané B1NAMH01 49,5967 17,0625 275 Morkovice-Slížany B1MSLI01 49,2417 17,2319 337 Bystřice pod Hostýnem B1BYSH01 49,3964 17,6706 314 Dřevohostice B1DREV01 49,4267 17,5944 238 Rusava B1RUSA01 49,3458 17,6806 360 Holešov B1HOLE01 49,3206 17,5697 222 Zlín B1VELI01 49,2875 17,7606 392 Napajedla B1NAPA01 49,1833 17,5167 185 Uherský Brod B1UHBR01 49,0314 17,6628 222 Strážnice B1STRZ01 48,8992 17,3381 176 Jemnice B2JEMN01 49,0253 15,5906 500 Kuchařovice B2KUCH01 48,8825 16,0864 334 Džbánice B2DZBA01 49,0028 16,2092 337 Bystřice nad Pernštejnem B2BYSP01 49,5242 16,2542 553 Štěpánov nad Svratkou B2STEP01 49,5000 16,3333 365 Olešnice B2OLES01 49,5550 16,4231 535 Nové Město na Moravě B2NMES01 49,5500 16,0667 600 Velká Bíteš B2VBIT01 49,2917 16,2208 483 Stvolová B2SVLK01 49,5833 16,5500 395 Letovice B2LETO01 49,5544 16,5767 334 Blansko B2BLAN01 49,3597 16,6503 299 Sloup B2SLOU01 49,4139 16,7383 470 Babice nad Svitavou B2BABI01 49,2889 16,6958 474 Židlochovice B2ZIDL01 49,0367 16,6089 180 Rohozná B2ROHO01 49,3544 15,4017 553 Třebíč B2TREB01 49,2236 15,8700 453 Heraltice B2HERA01 49,2308 15,7331 556 Bohdalov B2BOHD01 49,4833 15,8833 567 Velké Meziříčí B2VMEZ01 49,3528 16,0086 452 Ždánice B2ZDAN01 49,0664 17,0367 255 Valtice B2VALT01 48,7411 16,7514 210 Strání B1STRN01 48,9028 17,7078 383 Úhrn srážek se v síti ČHMÚ měří manuálním srážkoměrem (přesněji srážkoměrnou soupravou) METRA se záchytnou plochou 500 cm 2. V posledních letech v souvislosti s automatizací stanic se manuální měření na vybraných stanicích nahrazuje měřením automatizovaným, na klimatologických stanicích konkrétně automatickým srážkoměrem MR3H, na srážkoměrných MR3H FC. Automatizace měření srážek byla provedena na těchto stanicích: Brno-Tuřany dne 3. 3. 1998 (typ VAISALA/CASELA se záchytnou plochou 400cm 2 byl v činnosti do 20. 5. 2009, od 20. 5. 2009 typ MR3H), Brno-Žabovřesky 10. 8. 1999, Holešov 25. 9. 1996, Kuchařovice 1. 1. 1999, Strání 15. 12. 1998, Strážnice 10. 6. 1999, Velké Meziříčí 29. 9. 1999 (vše typ MR3H), Nové Město na Moravě dne 1. 8. 2005 a Velká Bíteš 1. 10. 2005 (typ MR3H FC). 19

Srážkoměr typu MR3H (člunkový typ srážkoměru) má záchytnou plochu 500 cm 2 a jeho fungování je díky systému vytápění celoroční. Srážkoměr pracuje na principu vaničky, jež má dvě komory s obsahem 0.1 mm, vždy jedna z nich se po naplnění vyprázdní a každé překlopení do druhé pozice je zaznamenáno. Nevýhodou těchto přístrojů je ne zcela přesné měření intenzivnějších dešťů a obecně celoroční podhodnocení výsledků (Gajdůšková, 2009). Nové typy přístrojů se snaží tyto chyby korigovat. Pořizovací náklady na jeden člunkový srážkoměr jsou relativně vysoké. Cena jednoho přístroje se pohybuje kolem 30 tis. Kč. Budoucnost automatického měření srážek se jeví v zavedení váhového typu srážkoměru, který by vyřešil současné problémy s automatickým měřením. Náklady na jeho pořízení jsou bohužel rovněž značně vysoké (80tis. Kč; Štěpánek et al., 2009). Pro analýzu srážkových intenzit na území Jižní Moravy a přípravu HDŘ bylo použito 6 stanic, které mají nejdelší kontinuální ombrografické záznamy. Stanice mají různě dlouhá období měření (Tab. 4.2). Nejdelší řada ombrografických měření je k disposici ze stanice Brno- Tuřany, která se nachází v prostoru civilního letiště situovaného na Tuřanské terase, ve volném rovinném terénu. S měřením v Brně-Tuřanech bylo započato 14. 4. 1958, kdy se sem přemístila civilní povětrnostní služba z letiště v Černovicích (246 m. n. m.), které leží severozápadním směrem od tuřanského. Srážkoměr byl na starém letišti v Černovicích umístěn rovněž na volném prostranství. Rozdíly v polohách srážkoměrů v Černovicích a Tuřanech lze považovat za bezvýznamné, současné měření v Tuřanech lze chápat jako bezprostřední pokračování předchozích měření, tedy od roku 1948, aniž byla narušena homogenita srážkové řady (Brázdil, 1979). Další významně dlouhou řadou jsou Kuchařovice. Stanice začala měřit 1. 5. 1952 a ombrografické záznamy jsou použitelné od roku 1956 (Tab. 4.2). V současné době jde o profesionální stanici a automatizace zde proběhla mezi roky 1996 až 1999. Pro období 1961 až 2003 jsou k dispozici ombrografické údaje z Jevišovic. Samotná stanice má dlouhou historii. Více než třicetiletá řada je z Vyškova-Brňan. Stanice začala měřit 1. 8. 1920 a velmi často měnila svoji polohu. V roce 1973 začala měřit z počátku pouze účelová srážkoměrná stanice Brno-Žabovřesky. Od 1. 1. 1987 se přeměnila na řádnou klimatickou stanici a v roce 1999 prošla automatizací. Jelikož jde o stejné umístění jako je pobočka ČHMÚ, pozorování provádějí její zaměstnanci. Z tohoto hlediska lze považovat stanici za nejkvalitnější. V letech 2000 až 2003 tu probíhalo souběžné měření ombrografu a automatické stanice. Nejkratší použitou stanicí je Brno-Jundrov. Její moderní počátek se datuje do roku 1992 a jejím pozorovatelem je zaměstnanec regionálního předpovědního pracoviště pobočky ČHMÚ Brno Ing. Mojmír Martan. Problematice digitalizace ombrografických měření je věnována zvláštní kapitola. Tab. 4.2 - Srážkoměrné stanice s ombrografem, použité pro analýzu dlouhodobých řad srážkových intenzit na území Jižní Moravy. Jméno stanice ID Zem. šířka Zem. délka Nadm. Délka / Začátek Konec výška v m roky Vyškov, Brňany B1VYSK01 49,2747 17,0086 240 1961 1992 32 Brno, Jundrov B2BJUN01 49,2000 16,5667 260 1992 2003 12 Brno, Tuřany B2BTUR01 49,1531 16,6889 241 1948 2010 63 Brno, Žabovřesky B2BZAB01 49,2164 16,5678 236 1987 2010 24 Brno, Žabovřesky B2BZAB02 49,2167 16,5661 235 2000 2003 4 Jevišovice B2JEVI01 48,9925 15,9811 330 1961 2003 43 Kuchařovice B2KUCH01 48,8825 16,0864 334 1956 2010 55 20

4.1.1. Ombrografická měření Ombrografické záznamy patří k nejcennějším a nejvíce žádaným klimatologickým údajům. Nejde zdaleka jen o hodnocení extremit srážek či intenzit dešťů, ale také o průběh srážek v jednotlivých dnech. Jeho znalost se ukazuje velmi významná např. pro vývoj prognostických modelů povodňových vln, synoptické rozbory povodňových situací, posuzování erozních účinků dešťů, studium šíření elektromagnetických vln a průběhu jednotlivých dešťů, porovnávání radarových odrazů a naměřených srážek slouží k poskytnutí relevantních hydrologických podkladů. Počátek pravidelných ombrografických měření v českých zemích spadá do roku 1898 (Květoň et al., 2004). V roce 2009 bylo ombrografické měření úplně zastaveno, neboť bylo již dekádu nahrazeno měřeními z automatických srážkoměrů. V. Květoň a J. Zahradníček (Květoň et al., 1998; Zahradníček, 1997) v letech 1995 až 1998 vyvinuli novou metodu profesionálního a metodicky jednotného předzpracování ombrogramů v ČHMÚ. Na rozdíl od původního pojetí (Květoň et al., 2004) se současná metoda snaží o co nejpřesnější časové umístění dešťů. K opravě, doplnění a rekonstrukci záznamů se používá celá řada podkladů, zejména měsíční výkaz meteorologických pozorování na dané stanici (denní úhrny srážek ze srážkoměru a záznamy pozorovatele o časovém výskytu a intenzitě srážek), ombrogramy a měsíční výkazy z okolních stanic (včetně stanic bez ombrografických pozorování), hodinové úhrny srážek z meteorologického hlášení Hydrostart, radarová pozorování, synoptické mapy a údaje o srážkách ze synoptických a automatických stanic (Květoň et al., 2004). Předzpracování probíhá tak, že každý záznam je nejprve vizuálně posouzen z hlediska správné funkce ombrografu a jsou detekovány příčiny eventuálních chyb. Záznam je pak podle potřeby opraven, doplněn či rekonstruován na základě výše uvedených podkladů. Doplněním rozumíme dokreslení průběhu deště, které nepřekročí 15% úhrnu srážkoměru a chyba v průběhu doplněné křivky je zanedbatelná i z hlediska minutových intenzit dešťů. Rekonstrukce znamená již rozsáhlejší zásah do původního záznamu, viz (Květoň et al., 1998). Postup je metodicky jednotný a je prováděn odborným specialistou na tyto práce. Opravy se dělají vykreslením křivek do původního záznamu. Výjimkou je nesvislost čar vyprázdnění, která se vyznačí do registračních pásek a eliminuje se softwarově až při digitalizaci. Obtížně čitelné záznamy se zvýrazňují obtažením (Květoň et al., 2004). Každému dennímu záznamu je přiřazen kód kvality, zobrazující míru spolehlivosti záznamu a míru rozsahu případné rekonstrukce záznamu. Předzpracování i přiřazení kódů kvality provádí specializovaný odborník (Květoň et al., 2004). Kromě hodnocení jednotlivých záznamů se souběžně s předzpracováním dat vytváří protokol o měření a celkové kvalitě záznamů pro každou stanici v daném roce. Uvádějí se technické parametry přístroje, hlavní chyby záznamů a přístroje, chyby měsíčních výkazů a revizorů. Připravuje se databázová formalizace těchto protokolů pro potřeby hromadného počítačového zpracování. Pro všeobecný přehled se známkuje kvalita záznamů každé stanice souhrnně za jeden rok pětidílnou stupnicí (1 - bez oprav (nejlepší kvalita), 2 - dobře opravitelná, 3 - obtížně opravitelná, 4 - velmi obtížně opravitelná, 5 - nezpracovatelná, tj. nevyhodnotitelná a neopravitelná) (Květoň et al., 2004). Předzpracování a následná digitalizace se provádí na základě originálních podkladů, neboť je nutno odstraňovat časté problémy s identifikací ombrogramů a jejich špatnou čitelností. 21

Některé záznamy jsou čitelné pouze s lupou, u rozpitých záznamů lze křivku záznamu zvýraznit tužkou podle odlesku, který se při naskenování či jiném způsobu zkopírování ztrácí. Na kopiích také nelze zpravidla dobře rozeznat falšované záznamy (Květoň et al., 2004). Digitalizaci provádí jediný speciálně vyškolený pracovník odečítáním souřadnic zlomových bodů ze záznamů na digitizéru s využitím programů G. Pácla. Po digitalizaci se zpětně prověřují rozdíly mezi nasnímanými úhrny z ombrografu a údaji ze srážkoměru. V případě větších rozdílů se prověřuje správnost předzpracování, digitalizace i správnost úhrnů ze srážkoměru. Jako druhá a třetí fáze kontrol se připravuje i jemnější prověření rozdílů mezi údaji ombrografu a srážkoměru a konečné prověření extrémních intenzit nasnímaných dešťů (Květoň et al., 2004). V síti ČHMÚ se používalo více typů plovákových ombrografů (například: Metra-IBA a Hellmann), ale metoda jejich měření je obecně podobná. Záchytná plocha je menší než u srážkoměru METRA, 250 cm 2 resp. 200 cm 2 a používají se pouze v období od 15. 4 do 15. 10 (Obr. 4.2). Srážky se zachytávají do horní části přístroje (1) a dále stékají do komory (2), kde se nachází plovák (4) na němž je připojeno registrační péro (5). Jak se komora plní, plovák se pohybuje výše a registrační pero zaznamenává na registrační pásku (Obr. 4.3) stav hladiny. Když dojde k naplnění plovákové komory, srážky se přes sifon (3) vypustí, na pásce dojde k poklesu a záznam začíná od začátku. Obr. 4.2 - Plovákový typ srážkoměru Metra-IBA a jeho funkční schéma Obr. 4.3 - Ukázka ombrogramu 22

4.2. Popis účelové brněnské srážkoměrné sítě BVK Od roku 2003 bylo v rámci urbanizovaného území města Brna postupně rozmístěno 18 automatických srážkoměrných stanic (Obr. 4.5), z důvodu provozu, rozvoje a řízení kanalizačního systému. Rozmístění měrných bodů vycházelo z výzkumné práce (Prax a Habr, 2002). Cílem bylo zohlednit převažující směry větru (SZ-JV), umožnit vyhodnocení dešťů i z jiných směrů (zastoupení aspoň tří stanic v jedné linii) a dále zastoupením alespoň čtyř stanic podél trasy hlavních kmenových sběračů. Stanice byly pořízený z prostředků MMB a jsou provozovány v rámci Brněnských vodáren a kanalizací. a) Základní síť (14 stanic) interval záznamu 1 minuta; přístroj SR2 firmy Meteoservis; záchytná plocha 200 cm 2 ; překlopení: 0.2 mm/puls. b) Doplňková síť (4 stanice) dvě stanice (ČOV Modřice, BVK Hády) od 1. 3. 2006; další dvě stanice (RN Trnkova a RN Černovice) od 1. 3. 2008; přístroj SR3H-FC (Obr. 4.4); interval záznamu 1 minuta; záchytná plocha 500 cm 2 ; překlopení: 0.1 mm/puls. Obr. 4.4 - Srážkoměr typu SR3H FC (foto: Jan Záruba, ČHMU) Z dostupné měřící techniky jsou využívány srážkoměry pracující na principu děleného překlopného člunku. Měření se provádí od března do října. Vyhřívané srážkoměry jsou na lokalitách ČOV Modřice, BVK Hády, RN Černovické terasy a 02PA Palackého vrch, kde se měří celoročně. Vyhřívání je proporcionální na základě měřených teplot v místě překlopného člunku a výtokových otvorů (první teplotní snímač) a v místě trychtýře (druhý teplotní snímač). Obě části jsou vyhřívány rozdílnou teplotou (záchytná plocha teplotou 8 C). Ztráty výparem jsou zřejmé, cílem měření jsou ale zejména srážky smíšené a pevné s přímou 23

odezvou ve stokové síti, kde budou ztráty minimální (vyhřívání nebývá při řadě kapalných srážek v zimním období v provozu). Při instalaci se vychází z metodiky a doporučení ČHMÚ (umístění záchytné plochy 1m nad terénem, vzdálenost překážek). Instalace na střechách nejsou obecně vhodné z důvodu ovlivnění větrem, zde se však vychází z možností instalace při dodržení pozice měrného bodu (Obr. 4.6). Pokud došlo k vnějšímu ovlivnění dat, byly tyto údaje označeny příslušným kódem (W = ovlivnění větrem, S = sníh, M = smíšené srážky, E = porucha, T = změna časového rozložení, F = ovlivněno zápornými teplotami). Obr. 4.5 - Srážkoměrné stanice na území města Brna. Účelové srážkoměrné stanice leží v nadmořské výšce od 190 do 353 m n. m. (Tab. 4.3) a představují nejpodrobnější měrnou síť nad urbanizovaným územím v ČR. V České republice je relativně hustá síť stálé sítě srážkoměrných stanic (kolem 1000 stanic s průměrnou vzdáleností 7 km), přesto není možné postihnout všechny prostorové rozdíly do detailu. 24

Obr. 4.6 - Ukázka účelové srážkoměrné stanice: vlevo umístění na střeše (09EL) a vpravo umístění na travnaté ploše (01RE) Na rozdíl od pravidelné sítě jsou účelové stanice podstatně blíže. Nejbližší vzdálenosti jsou v průměru 2.2 km (od 0.7 do 3.4 km) a nejvzdálenější stanice leží kolem 11 km (od 8.3 do 14.9 km), (Obr. 4.7). Tab. 4.3 - Seznam účelových srážkoměrných stanic na území města Brna ID kód jméno nad. výška [m n.m.] 01RE VDJ Řečkovice 319 poznámka 02PA VDJ Palackého vrch 291 na střeše 03LE VDJ Lesná 328 04PI BVK Pisárky 214 na střeše 05VS TZ Brno 216 na střeše 06BO ZŠ Bohunice 230 na střeše 07KH VDJ Kraví Hora 276 na střeše 08MZ MZLU 230 na střeše 09EL MŠ Elišky Krásnohorské 200 na střeše 10LI VDJ Líšeň 353 11JU VDJ Bílá Hora, Juliánov 256 na střeše 12SL Slatina 250 na střeše 13MO VDJ Moravany 256 na střeše 14KR BVK-OK Královka 195 na střeše 15COV ČOV Modřice 190 na střeše 16HADY Hády 257 na střeše 17RNCT Retenční nádrž Trnkova 230 18RNTR Retenční nádrž Černická terasa 260 25

Obr. 4.7 - Vzájemné minimální (MIN) a maximální (MAX) vzdálenosti srážkoměrných účelových stanic v Brně. 4.3. Radarová měření srážek 4.3.1. Princip a problémy radarového měření srážek Měření atmosférických srážek srážkoměry představuje přímý způsob měření vypadlých srážek. Dalším možným způsobem zjišťování padajících srážek je využití metod dálkové detekce, především meteorologických radiolokátorů, což označujeme za měření nepřímé, popř. za nepřímý odhad srážek. Oba způsoby měření a odhadu srážek mají své výhody i nevýhody, které navíc závisejí na účelu získaných dat a na typu vlastních měřených či odhadovaných srážek. Data meteorologických radiolokátorů vhodná pro kvantitativní odhad srážek jsou v České republice k dispozici od roku 1995, kdy byl uveden do provozu moderní meteorologický radiolokátor Skalky, který poskytoval data v digitální podobě. V roce 2000 byl postaven na vrcholu kopce Praha radiolokátor pojmenovaný Brdy, jenž nahradil zastaralý radar MRL-5 na observatoři Praha-Libuš. Brzy po začátku měření radaru Skalky se objevily první práce hodnotící možnosti jeho odhadu srážek (Šálek a Kráčmar, 1997), které identifikovaly některé významné problémy spojené s radarovými odhady a navrhovaly jejich možné korekce. V zahraniční i domácí literatuře je možno najít velké množství článků a příspěvků, které se zabývaly možnostmi radarových odhadů srážek a korekcemi jejich nedostatků, nicméně do operativní praxe jich bylo zavedeno pouze několik. Zatímco se v době zrodu meteorologických radiolokátorů objevovaly názory o možném nahrazení srážkoměrů radary, převládá v současné době paradigma komplementarity, kdy je pro optimální územní odhad srážek vhodné používat více metod měření a jejich vhodnou kombinaci, která chybu odhadu minimalizuje. Předností meteorologických radiolokátorů je plošné pokrytí rozsáhlých území (desetitisíce až statisíce kilometrů čtverečních), nicméně se u radarových odhadů srážek objevují nemalé problémy s absolutní přesností naměřených hodnot, pročež se pro praktické aplikace výsledků odhadů srážek zavádějí různé korekční algoritmy. 26