Studie zvláštní povodně na VD Hracholusky Obsah: Zadání studie... 2 Podklady... 3 Staničení... 3 Postup výpočtu, výpočetní model... 3 Příčné profily... 3 Drsnosti... 4 Okrajové podmínky... 4 Použitý software... 4 Výsledky výpočtů... 5 VARIANTA 1... 5 VARIANTA 2... 6 Posouzení výpočtových modelů... 6 Stanovení území ohroženého zvláštní povodní... 7 Výstupy... 8 Tištěné výstupy... 8 Digitální výstupy... 8 Obsah CD... 8 Přílohy: Psaný podélný profil s postupovými dobami Evidenční listy výpočtových profilů Vodní díla TBD a.s., parametry zvláštní povodně popis variant 1 a 2 Samostatná příloha: Mapy se zákresem území ohroženého zvláštní povodní (var.1, var.2) formát A3 měř. 1:10 000 V Praze dne 15. prosince 2005 Ing. Ivan Blažek jednatel - 1 -
Základní identifikační údaje Název projektu: Studie zvláštní povodně z VD Hracholusky Objednatel: Zhotovitel: Povodí Vltavy s.p. Holečkova 8, 150 24 Praha 5 www.pvl.cz Hydrosoft Veleslavín s.r.o. U Sadu 13, 162 00 Praha 6 www.hv.cz Úvod Studie byla zpracována společností Hydrosoft Veleslavín v období říjen 2005 až prosinec 2005. Zájmové území studie je potřeba rozdělit na dvě úlohy. První z nich je sestavení modelu, provedení výpočtů a stanovení území ohroženého zvláštní povodní. Rozsah této úlohy byl od soutoku Radbuzy a Mže, resp. od jezu v Bukovci až po soutok Vltavy a Berounky. Druhou úlohou bylo sjednotit výsledky výpočtů a hodnocení ohroženého území za celý ohrožený úsek vodním dílem Hracholusky, tedy od hráze VD Hracholusky až po soutok Vltavy a Berounky a tyto výsledky dvou nezávislých studií zapracovat do jedné společné zprávy. Horní část trati, tedy povodňový model od VD Hracholusky až po jez v Bukovci zpracovávala společnost DHI Hydroinform v první polovině roku 2005. Z této studie byly do souhrnné zprávy použity hodnoty psaného podélného profilu ve významných profilech, navržené čáry ohroženého území zvláštní povodní a hydrogramy na soutoku Radbuzy a Mže a u jezu v Bukovci. Tyto hydrogramy pak byly použity jako horní okrajová podmínka výpočetního modelu. Kromě horní okrajové podmínky bylo základním podkladem geodetické zaměření předané objednatelem. Zaměření ve formě dokumentace TPE Berounky bylo rozděleno na dva samostatné úseky, pokrývalo dostatečně celé zájmové území a jeho kvalita jako podklad pro studii byla velmi dobrá. Zadání studie Vymezení území ohroženého zvláštní povodní z VD Hracholusky od ř.km 131,2 Berounky (jez v Bukovci) až do transformace rozlivu povodňové vlny zvláštní povodně pod hranici záplavového území vymezeného při Q100. Území ohrožené zvláštní povodní v úseku VD Hracholusky jez v Bukovci na Berounce bylo již vymezeno a bude do této zakázky zahrnuto. Pro výpočet účinků zvláštní povodně z VD Hracholusky se použijí výstupy z výpočtu, který byl proveden v rámci akce Povodňový model Plzeň, a který končí v profilu jezu v Bukovci, ř.km 131,2 Berounky. Pro tento výpočet byla použita průtoková vlna s největšími parametry Q ZPV a W ZPV (typ1, varianta č.1, Q ZPV = 9514 m 3 /s a W ZPV = 112.8 mil.m 3 ) V druhé fázi se použijí výstupy z výpočtu, který byl proveden v rámci akce Povodňový model Plzeň, a který končí v profilu jezu v Bukovci, ř.km 131,2 Berounky. Pro tento výpočet byla použita průtoková vlna s největšími parametry Q ZPV a W ZPV (typ1, varianta č.2, Q ZPV = 4253 m 3 /s a W ZPV = 35,5 mil.m 3 ) Parametry obou povodňových vln byly stanoveny ve studii VD Hracholusky Parametry zvláštní povodně, Vodní díla TBD a.s., září 2000 (VD/15-346-00), ve studii Povodňový model Plzně DHI Hydroinform, a.s., říjen 2004 a studii Zvláštní povodeň z VD Hracholusky. Vlastní stanovení území ohroženého zvláštní povodní bude provedeno ve shodě se zákonem č.254/2001 Sb., o vodách a dle metodického pokynu ZP11/2000 MŽP k vyhlášce č.100/1999 Sb. - 2 -
Podklady Pro zpracování studie byly předány objednatelem následující podklady: hydrogram obou povodňových stavů ze studie Zvláštní povodeň z VD Hracholusky, DHI Hydroinform, 2005 rastrová mapa Zabaged 1:10 000 pro celé zájmové území vektorové vrstevnice Zabaged 1:10 000 pro celé zájmové území geodetické zaměření Berounky(TPE - příčné profily, objekty, podélný profil) Hydrologické údaje na Úhlavě byly použity z internetových stránek ČHMÚ, pro potřeby studie zvláštní povodně byl jejich rozsah dostatečný. Staničení Staničení bylo použito plně z TPE. Berounka je tok relativně ostře zaříznutý do okolní krajiny a rozdíl mezi korytovým a povodňovým staničením je na rozdíl od mnoha jiných řek zanedbatelný. Z tohoto důvodu nebylo staničení z TPE nikterak upravováno. V psaném podélném profilu jsou uvedeny dvě hodnoty, tedy ř.km z TPE i výpočtové staničení. V evidenčních listech příčných profilů a mapovém podkladu je použita kilometráž ř.km z technicko provozní evidence. Rozdíl mezi nimi je pouze ten, že u ř.km je staničení Mže odpočítáváno od nuly, zatímco stan, tedy staničení na sebe pro potřeby výpočtu navazuje. Postup výpočtu, výpočetní model Výpočty probíhaly následujícím způsobem: 1) průzkum v terénu, foto a videodokumentace, zpracování všech podkladů v GIS 2) sestavení příčných profilů ze zaměřených profilů, objektů a vrstevnic v místech údolních profilů 3) příprava počátečních a okrajových podmínek 4) určení drsností a sestavení výpočetního modelu 5) výpočty varianty 1 s různými drsnostmi, kalibrace modelu a posouzení citlivosti modelu na drsnosti a okrajové podmínky. Výpočty probíhaly v programu MIKE11 6) výpočet konečné varianty 1 7) úprava modelu pro variantu 2 8) výpočet konečné varianty 2 9) sestavení psaného podélného profilu varianty 1 a 2 10) vymezení území ohroženého zvláštní povodní vynesení záplavových čar var.1 a var.2 11) převedení tabelárních výsledků i záplavových čar do GIS, zpracování tiskových výstupů 12) zpracování CD se všemi podklady i výsledky Příčné profily Při tvorbě příčných (údolních) profilů byl postupováno následovně. Nejprve byla zpracována celá výpočtová trať z dodaného geodetického zaměření. Zaměřené profily však byly pro potřeby ZP krátké. Proto bylo použito vektorových vrstevnic a nástrojů GIS tak, aby v místech zaměřených profilů vzniky široké údolní profily nařezané z vektorových vrstevnic. Oba dva podklady se pak propojily, vyčistily a vytvořily vlastní výpočtovou trať. Objekty Pro zpracování modelu bylo použito všech zaměřených objektů a to následovně. Jezy byly jako objekty ignorovány, ale v modelu byl vždy použit horní profil jezu jako údolní profil. Všechny zaměřené mosty byly též použity jako profily tak, že byla odstraněna mostovka, zachovány byly pilíře a zemní těleso násypů. - 3 -
Drsnosti Vzhledem k charakteru studie, tedy zcela extrémnímu proudění byly použity drsnosti jako globální pro celé úseky toku. Drsnosti tedy nebyly posuzovány jednotlivě napříč příčnými profily. Drsnostní součinitel byl navržen dle Manninga 0,09 a to v celé délce toku. Okrajové podmínky Vstupní okrajové podmínky na Mži byly pro obě varianty řešení předány jako vstupní podklady. 1) průtoková vlna zvláštní povodně z VD Hracholusky s parametry Q ZPV a W ZPV (typ 1, varianta 1., Q ZPV = 9514 m3/s a W ZPV = 112.8 mil.m 3 ), 2) průtoková vlna zvláštní povodně z VD Hracholusky s parametry Q ZPV a W ZPV (typ 1, varianta 2., Q ZPV = 4253 m3/s a W ZPV = 35,5 mil.m 3 ). Hodnoty průtoků pro okrajové podmínky na přítocích byly použity z internetových stránek ČHMÚ. Jednotlivé varianty průtoků na přítocích do nádrže jsou definovány v parametrech zvláštní povodně od Vodní díla - TBD a.s. (viz. příloha) Rozdělení přítoků z podkladů ČHMÚ bylo schematizováno následujícím způsobem: Profil ř.km Rozdělení průtoků varianta 1 varianta 2 deltaq Q100 deltaq Qa P334_H 138.514 Soutok s Radbuzou - začátek modelu 745 19 vst. pf. - soutok s Radbuzou 45 790 1 20 LGS Bílá Hora 790 20 P285_H 126.669 Klabava 190 980 4 24 P169_H 102.628 Střela 290 1270 6.1 30.1 LGS Liblín 1270 30.1 P207_D 61.988 Rakovnický potok 100 1370 1.6 31.7 P183_D 53.563 Klíčava 70 1440 1.1 32.8 LGS Zbečno 1440 32.8 P125_D 34.82 Litavka 120 1560 2.8 35.6 LGS Beroun 1560 35.6 P116_D 30.751 Loděnice 40 1600 0.4 36 Použitý software Při zpracování byly použity následující programy: SW pro přípravu data a GIS MicroStation MapInfo WebMap SW pro hydrotechnické výpočty Hydrocheck 1, ustálené nerovnoměrné proudění příprava trati, tvorba měrných křivek, kontrolní výpočty hladin pro různé průtokové stavy MIKE11, neustálené proudění Pomocný kancelářský SW MS Word MS Excel - 4 -
Výsledky výpočtů Výsledky výpočtů jsou podrobně rozepsány v tabulce psaného podélného profilu, ze které jsou patrné všechny důležité parametry, doběhové doby, maximální dosažené průtoky a hladiny. Všechny výpočty jsou vztažené k času T 0:00 hydrogramu povodně kdy je zřejmé, že dochází k poruše a začíná se pozvolna měnit odtok z nádrže. Jelikož v této variantě začíná povodeň technickou poruchou na manipulaci klapky cca 2 dny před přelitím hráze, jsou všechny vypočtené výsledky přepočteny na T 0:00 v okamžiku přelití hráze. Ve výsledné databázi jsou uloženy oba časové údaje, v závěrečné zprávě se dále pracuje pouze s časem T 0:00 v okamžiku přelití hráze. Čas začátku vlny je čas, ve kterém stoupne hladina v toku o 1 m ve variantě 1 a 0,5 metru ve variantě 2. Výsledky výpočtů v hlásných profilech hydrologické sítě ČHMÚ a na významných místech modelu (soutoky vodních toků) VARIANTA 1 Havárie erozí hráze při jejím přelití v kombinaci s maximálním zatížením přehrady hydrologickou povodní PV 1000. staničení začátek vlny od přelití hráze kulminace od přelití hráze max. hladina max. průtok max. hloubka VD Hracholusky 160.498 1:42 3:13 348.56 9453 22.9 Nad Kalikovským mlýnem 140.818 5:48 7:19 311.36 4020 7.4 LGS Bílá hora 136.717 6:30 8:09 310.92 3585 13.1 LGS Liblín 101.527 10:26 14:49 282.56 3144 13.9 LGS Zbečno 53.43 16:10 22:05 242.04 3039 13.8 LGS Beroun 34.36 18:54 25:57 227.00 3029 13.2 Lahovický most - Vltava 1.1 30:58 33:13 194.11 2980 8.3 Úsek nad Plzní VD Hracholusky až centrum Plzně, soutok s Radbuzou Použito ze zprávy DHI Hydroinfoirm: Povodňová vlna ZVP1 varianta 1 má pod VD Hracholusky velmi rychlý nástup a kulminace je dosaženo 193 minut po přelití hráze. Po dosažení kulminace povodňová vlna rychle opadá. Tato velmi strmá vlna s krátkou základnou se poměrně významně transformuje v širokém údolí řeky Mže. Kulminační průtok nad městem Plzeň je transformován z 9 500 m3/s na cca 4000 m3/s. Kulminace ZPV1 varianta 1 na dolním konci zájmového území je přibližně 3250 m3/s. Úsek pod Plzní Plzeň až soutok s Vltavou Charakter toku Berounky od Plzně až do Prahy je úplně jiný, než Mže nad Plzní a je v celé délce toku cca 140 km téměř identický. Jedná se o údolní profil zaříznutý hluboko do okolní krajiny. Vlastní koryto pak zabírá velmi často většinu, nebo i celou šířku údolního profilu. Široké inundace, kde by mohlo dojít k rozlivu povodňové vlny a její transformaci jsou pod Plzní jen ojedinělé. Tomu odpovídají i výsledky výpočtů. Kulminace na soutoku Mže a Radbuzy je 3789 m3/s (v souladu se vstupním hydrogramem), ve výstupním profilu na soutoku s Vltavou je pak 2980. Celková transformace je tedy se započtením přítoků pouze 809 m3/s (1664 m3/s bez započtení přítoků) a odpovídající doběhový čas je 1 den, 1 hodina a asi 20 minut. Povodňová vlna z modelu kompletně vyteče za 4-5 dní. Vzhledem k malé transformační schopnosti toku, jednotnému podélnému sklonu a vyrovnanému příčnému profilu jsou vyrovnané i hloubky a rychlosti vody. Hloubka vody se od Plzně až do Berouna pohybuje kolem 12 14 m, rychlost vody 1,6 až 2,3 m/s V úseku pod Berounem hloubky klesnou na hodnoty 8 10 m a rychlosti na 1,3 až 2,0 m/s Po konzultaci s objednatelem byl výpočet této varianty ukončen na soutoku Vltavy a Berounky. Výpočet dále po toku Vltavy by již plně nereprezentoval šíření průlomové vlny z VD Hracholusky (podstatnou část průtoku v úseku pod soutokem Vltavy a Berounky by již tvořil průtok hydrologické povodně Q100, nikoli tedy průtok ze zvláštní povodně z VD Hracholusky). Navíc souběh stoleté vody na Berounce i Vltavě s kulminací zvláštní povodně na VD Hracholusky je velmi nepravděpodobný. - 5 -
VARIANTA 2 Havárie hráze vnitřní průsakovou erozí při běžném provozním stavu a průtoku Qa. staničení začátek vlny čas kulminace max. hladina max. průtok max. hloubka VD Hracholusky 160.498 0:00 1:32 343.28 4252 17.7 Nad Kalikovským mlýnem 140.818 4:25 5:57 308.96 1811 5.0 LGS Bílá hora 136.717 6:16 8:31 306.75 1366 8.9 Kostelec Darová (u obce Nadryby) 115.281 11:03 14:43 288.86 960 8.2 LGS Liblín 101.527 - - - - - LGS Zbečno 53.43 - - - - - LGS Beroun 34.36 - - - - - Lahovický most - Vltava 1,1 - - - - - Úsek nad Plzní VD Hracholusky až centrum Plzně, soutok s Radbuzou Použito ze zprávy DHI Hydroinfoirm: Kulminace povodňové vlny ZPV1 varianta 2 je dosaženo 99 minut od začátku poruchy a i tato vlna je v území významně transformována. Kulminační průtok nad městem Plzeň je transformován z 4 250 m3/s na cca 1700 m3/s. Kulminace ZPV na dolním konci zájmového území (jez v Bukovci) je přibližně 1160 m3/s. Úsek pod Plzní Plzeň až soutok s Vltavou Hodnoty maximálního průtoku se pod Plzní začínají rychle přibližovat povodni Q100. Kulminace ve vstupním profilu našeho výpočtového modelu je 1473 m3/s (v souladu se vstupním hydrogramem), ve výstupním profilu na soutoku s Vltavou je pak kulminace jen 541 m3/s. Celková transformace tedy je 932 m3/s a odpovídající doběhový čas je 1 den, 19 hodin a asi 24 minut. Kulminační průtok vlny zaklesne pod Q100 v profilu pf. P245_H (u obce Nadryby) asi 16 km nad Liblínem, kde podle našeho dělení Q100 do jednotlivých přítoků je průtok pod Klabavou Q100=980 m3/s. Vlna z modelu vyteče prakticky za 2 dny. Hloubka vody se od Plzně až do Liblína pohybuje kolem 8 9 m, rychlost vody 0,9 až 1,2 m/s Posouzení výpočtových modelů Tato studie obsahuje výsledky dvou výpočtových modelů DHI Hydroinform a Hydrosoft Veleslavín. Oba modely byly postaveny na základě kvalitního geodetického zaměření s využitím kvalitních výpočetních nástrojů z dílny DHI - MIKE. Přesto na sebe oba modely výsledkově přesně nenavazují, jak je patrné ze psaného podélného profilu. Rozdíl je sice v toleranci 10%, což lze považovat za relativně dobrou shodu, přesto však stačí na to, aby voda v několika profilech zdánlivě tekla do kopce. Rozdíl ve výsledcích výpočtových modelů je způsoben různými drsnostmi použitými při výpočtech. Každý zhotovitel pracuje při zpracování zvláštních povodní s trošku jinými předpoklady drsností, které na štěstí není možné kalibrovat, a proto zůstávají na úrovni teoretických úvah. Na jednom se však shodují všichni, a to na tom, že při zvláštní povodni jsou drsnosti výrazně vyšší, než při běžném proudění v toku či při povodních Q20 až Q100. Při výpočtu s o něco menší drsností je vodě v modelu kladen menší odpor při proudění. Takový výsledek apeluje na dynamiku povodně. Voda proudí rychleji, postupivost kulminace je rychlejší, ničivá síla vody o něco větší a je méně času na přípravu. Naproti tomu se vypočtou nižší hladiny a zúží se záplavová čára, tedy čára míst ohrožených povodní. Při větších drsnostech klade naopak model vodě větší odtokový odpor, hladiny jsou o něco vyšší a území ohrožené povodní je o něco širší. Rychlosti a doběhové doby jsou naopak o něco pomalejší a zdánlivě je o něco více času na přípravu. Hydrosoft pracuje při výpočtech zvláštních povodní s drsnostmi většími a DHI s drsnostmi o něco menšími. Při toleranci 10% ve výsledcích hladin se však nejedná o žádnou chybu, neboť není možné přesně vypočítat průběh zvláštní povodně tak, aby bylo možné s jistotou prohlásit, že hloubka bude 9 a ne 10 m, a že kulminace přijde za 5 hodin a ne za 4,5 hodiny. Lze tedy zopakovat, že je shoda obou modelů dobrá. - 6 -
Stanovení území ohroženého zvláštní povodní Na základě vypočtených hladin obou variant, vynesených průsečíků s terénem v místě hladiny ve všech výpočtových profilech a vektorového výškopisu byla zkonstruována záplavová čára, jako obalová křivka maximálních vodních stavů v celém zájmovém území. Tato čára maximálního rozlivu vymezuje území ohrožené zvláštní povodní, resp. obou jejích variant. Na přítocích dotčeného toku byl předpokládán zjednodušený stav a byla zde vynesena hydrostatická hladina v místě soutoku. Skutečnost je od tohoto předpokladu trošku jiná, ale toto zjednodušení je limitním stavem, který by ve skutečnosti neměl být překročen. - 7 -
Výstupy Studie obsahuje tištěné a digitální výstupy v rozsahu dohodnutém s objednatelem Tištěné výstupy technická zpráva psaný podélný profil s postupovými dobami evidenční listy vybraných příčných profilů s tabelárními hodnotami, fotodokumentací, mapkou a hydrogramem povodně v daném profilu mapy se zákresem území ohroženého zvláštní povodní (var. 1, var2) formát A3 měř. 1:10 000 Digitální výstupy technická zpráva ve formátu PDF mapové vrstvy ve formátu DGN, DWG, SHP (území ohrožené povodní, příčné profily, ř.km) mapy ohroženého území ve formátu PDF psaný podélný profil s postupovými dobami ve formátu PDF foto a videodokumentace CD s mapovou částí studie v GIS obsahující všechny mapové vrstvy, fotodokumentaci a tabelární výsledky studie připojené k příčným profilům Obsah CD CD obsahuje tyto adresáře a soubory ROOT - START.EXE - spuštění aplikace - WebMapSv.EXE - runtime mapového serveru pro CD aplikaci - hracholusky.wm3/cf3 - mapový projekt HTML - adresář obsahující HTML stránky projektu, přílohy a fotodokumentaci - hracholusky.htm Vstupní HTML stránka projektu HTML/FOTO - adresář se všemi fotografiemi a videosekvencemi HTML/VYSTUPY - adresář obsahuje technickou zprávu a psané podélné profily ve formátu PDF HTML/VYSTUPY/MAPY - adresář obsahuje PDF soubory s mapovými tisky formátu A3 1:10000 HTML/VYSTUPY/DGN_DWG - adresář obsahuje DGN/DWG výstupy záplavové čáry obou variant, příčné profily a říční kilometráž DATA - adresář s vektorovými daty (SHP - WebMap, ArcView 3.x) DATA/FOTO - SHP fotodokumentace - DBF tabulka připojených fotografií a videodokumentace DATA/PROFILY - SHP příčných profilů se staničením DATA/ZAPLAVA - SHP záplavových čar pro jednotlivé varianty 1 a 2 RASTRY - adresář s mapovým podkladem - Zabaged2, HRR pro WebMap - 8 -