Zprávy

• Studie odtokových poměrů - Otava
• Zvláštní povodně - VD Nýrsko
• Studie záplavových území
• Vodohospodářská posouzení
• Projekty úprav toků
• Zajímavosti - přeložení Vltavy na Maninách (1926)

Vodohospodářské středisko se zabývá činností v oblasti vodního hospodářství od vodohospodářských studií přes projekty úprav vodních toků až po vývoj programového produktu HYDROCHECK. Práce vodohospodářského střediska není založena pouze na použití a vývoji moderních technologií, ale také na zkušenostech z praxe.

V současné době je spolupráce s podniky Povodí orientována zejména na tvorbu korytových a povodňových modelů vodních toků s následnou konstrukcí N-letých zátopových čar do mapových podkladů, návrhů protipovodňových opatření, projekční činnost a vodohospodářské posudky.

Komplexní vodohospodářské studie hodnotící současný stav vodních toků a protipovodňové ochrany jsou podkladem pro posuzování nových investičních záměrů na příbřežních pozemcích. Kromě toho slouží k usnadnění efektivního rozhodování postupu a způsobu oprav nebo rekonstrukcí jak pro správce toku (koryto a hmotný investiční majetek), tak pro správce “cizích” objektů (mosty, inženýrské sítě) a obce (pokud budou usilovat o zvýšení stupně protipovodňové ochrany opatřeními vesměs na pozemcích mimo koryto).

Studie a projekty jsou kompletně zpracovány na počítači (CAD, GIS,HTML) s plnou provázaností na simulační programy HYDROCHECK.

Ukázky prací vodohospodářského střediska na stránce NAŠI ZÁKAZNÍCI.

Vodohospodářské středisko se také zabývá vlastním výzkumem a vývojem výpočtových algoritmů matematického modelování vodních toků. Výsledky jsou po důkladném prověření zařazovány do komerčně nabízených matematických modelů povrchového proudění HYDROCHECK. Velmi vítáme náměty na zlepšení činnosti nabízených programů a také informace o nových poznatcích v oboru vodního hospodářství.

Výsledky hydraulických výpočtů v praxi

Jednou za základních činností ve vodohospodářské praxi (při schvalování územního rozvoje na příbřežních pozemcích, projektování úprav vodních toků, koordinaci manipulačních řádů VD, zpracování povodňových plánů…) jsou hydraulické výpočty. Výpočty jsou v současnosti prováděny výhradně s pomocí komerčních matematických modelů nerovnoměrného proudění. Ze zaměření příspěvků ve vodohospodářském tisku se může zdát, že pro kvalitní výpočty je nejdůležitější stanovení drstnostních součinitelů pro jednotlivé návrhové průtoky. Dovolím si velmi stručně uvést některé další faktory, které jsou pro dosažení výsledků blízkých budoucím extrémním povodním neméně důležité:

A. Výběr matematického modelu

Většina výpočtů vychází z N-letých a M-denních průtoků stanovených ČHMÚ. Pro tyto výpočtyje vhodné použít 1D matematické modely ustáleného nerovnoměrného proudění (např. HYDROCHECK, HEC2, HEC-RAS…), které umožňují plný výpočet v  oblasti říčního i bystřinného proudění, výpočty konsumpčních křivek objektů na toku, umožňují libovolně rozdělit výpočet podle tvaru koryta na jednotlivé dílčí části v rámci jednoho profilu (hodnoty dílčích částí, kritické hloubky jsou váženy do “metody po úsecích” např. přes modul průtoku), vykreslují rozdělení svislicových rychlostí v profilu (vhodné zejména pro projektanty), a komunikují při tvorbě trati a presentaci výsledků s GIS a CAD programy a vyjímečně přes textový formát i s informačním systémem HEIS-ČR. Velkou výhodou výpočtových tratí sestavených v těchto modelech je jejich snadné předání zadavateli k běžnému využívání pro výpočty v budoucnu zpřesněných návrhových průtoků , pro různé kombinace přítoků a odběrů do modelu nebo pro jednoduché doplnění nebo úpravu nově zaměřených profilů ve výpočtových tratích. Některé z těchto modelů umožňují např. výpočet rychlosti postupu ropného znečištění na základě výpočtu max. svislicových rychlostí při zadaném průtoku.

Při husté síti srážkoměrných stanic a možnosti kvalitního výpočtu N-letých povodňových hydrogramů nebo při modelové optimalizaci manipulačních řádů na VD je vhodné použít 1D matematické modely neustáleného nerovnoměrného proudění (např. HYDROCHECK3, MIKE11…), které umožňují výpočty postupu a transformace zadaných povodňových průtoků. Tyto modely se však dopouští určitých matematických zjednodušení, aproximují zadané profily do náhradních funkcí apod. a není tedy vhodné s nimi počítat ustálené stavy.

Při potřebě podrobného vodohospodářského posouzení (např. návrh rozložení mostních pilířů…) se používají 2D modely (např. komerční FLUVIUS, MIKE21, nebo nekomerční SHALLOW, FAST2D…), které poskytují podrobné rozdělení rychlostí a hloubek v bodech výpočetní sítě. Z nevýhod těchto modelů je nákladné pořízení geodetických dat (DMT) a problémy s výpočty objektů na toku. Při dnešním vývoji ve výpočetní technice v budoucnu odpadnou problémy s časově náročnými výpočty a objemy dat 2D modelů.

B. Geodetické zaměření

Před zadáním geodetických prací je užitečné, aby se hydraulik seznámil se všemi dostupnými informacemi o toku (zkušenosti správce toku, předchozí vodohospodářské projekty a studie, případně historické prameny o průběhu minulých povodní nebo obdobích sucha…). Dále je nezbytně nutné, aby se hydraulik podrobně seznámil se zájmovým územím a rozhodl se z jakých profilů sestaví matematický model (směr příčných lomených profilů kolmo na proudnice, objekty v korytě i v inundaci, zúžená místa, přirozené prahy ve dně a dále výšky hrázek, zaústění kanalizací, melioračních objektů, a jednotlivých bodů pro přesnější vykreslení výsledných zátopových čar…). Zadání geodetických prací je vhodné předat na videozáznamu s namluveným komentářem nebo profily a jednotlivé body v inundacích zakreslit např. do mapového podkladu ZM ČR 1:10000. Pro geodetické firmy je dnes samozřejmostí, že body jsou určeny v souřadnicovém systému JTSK, výškovém systému Bpv a každý bod má kromě XYZ také příznak z kódové tabulky (PA-pata svahu, D-dno, M-mostovka apod.). Takto provedené zaměření se dá využít v programech GIS a CAD nad osazenými mapovými podklady, velmi usnadní a zkvalitní práci a je jednoduše použitelné i pro naše kolegy v budoucnosti. Pouze pro 2D modely je snažší objednat podrobné fotogrametrické zaměření celého zájmového území. Podle mých zkušeností je však zejména ve vegetačním období značně nepřesné a má tedy omezené využití pro další účely nebo pro přesnější výsledky.

C. Zadání trati do 1D modelu a výpočty

Z GIS programů jsou hydraulikem vybrané body příčných profilů exportovány různým způsobem do matematických modelů spolu se staničením v ose toku, nebo v předpokládaných osách hlavních proudnic při průběhu povodně. Jednotlivé profily se rozdělí na aktivní a pasivní zóny a dále na dílčí části podle tvaru koryta nebo výrazných změn drsností (doporučuji pouze u mělkých profilů). Tato část hydraulických výpočtů je pro hydraulika nejtěžší a zároveň, pokud má hydrauliku zároveň jako koníčka, nejzajímavější. Důležitost této fáze hydraulických výpočtů uvedu na výsledcích výpočtu běžného profilu s různým rozdělením profilu na dílčí části.

1. Profil ručně rozdělený na čtyři hydraulicky odlišné dílčí části (model HYDROCHECK)

2. Profil automaticky rozdělený na dílčí části při každé změně drsnosti (model HEC-RAS)

3. Profil automaticky rozdělený na dílčí části v každém bodě profilu (model HEC2)

4. Profil bez rozdělení na dílčí části

Hodnoty vypočtených průtoků [m3/s]

Rozdíly vypočtených průtoků při stejné hloubce jsou způsobeny pouze rozdílnými možnostmi jednotlivých matematických modelů rozdělit jinak stejný profil na dílčí části. Z toho pak vyplývají různé hodnoty omočeného obvodu a různý způsob průměrování zadaných drsností s náhradní drsností vody v jednotlivých dílčích částech profilu.

Matematické modely HEC2 a HEC-RAS s automatickým rozdělením profilu dávají obecně vyšší kapacity koryt. Při podrobně zaměřených profilech, rozmanitých drsnostech nebo hlubokých upravených korytech dávají modely s automatickým rozdělením profilu až o 80% vyšší kapacity koryt!

V hydraulických programech bez možnosti rozdělení profilu na dílčí části vznikají zase nepřirozené deformace konsumpčních křivek a křivek rychlostí, způsobené náhlým nárůstem hodnoty omočeného obvodu v úrovni vylití vody do inundace. Proto jsou tyto modely pro výpočty povodňových průtoků nevhodné.

V průběhu zužování rozptylu teoreticky možných výsledků výpočtů se postupně upravují schematizace profilů, aktivní-pasivní zóny (tato část výpočtů vyžaduje schopného a zkušeného hydraulika), přepočítávají se dolní a z nich vyplývající horní konsumpční křivky objektů (odhaduje se také k jakým destrukcím při průběhu extrémní povodně dojde, náchylnost mostních objektů k zatarasení splávím…) a dále se upravují i drsnostní charakteristiky podle hloubky, rychlosti, pohybu splavenin, vzniku dnových útvarů, vegetačního období vodních travin apod. (tato část výpočtů vyžaduje zejména kvalitní vodohospodářskou literaturu).

D. Závěrečný terénní průzkum a presentace výsledků

Před odevzdáním např. hydraulické studie vodního toku se velmi osvědčuje provést závěrečný terénní průzkum, při kterém si hydraulik potvrdí, nebo ještě přehodnotí, své návrhy opatření a upřesní rozsah N-letých zátopových území jednoduchými nivelačními pomůckami, neboť výškopis map ZM ČR 1:10000 je v území mezi zaměřenými profily nedostatečný. Je také nezbytné srozumitelně presentovat své výsledky nejen “na papíře”, ale také na CD-ROM (CAD, GIS, HTML), pro možnost budoucího využití v informačních systémech a internetu.

E. Závěr

Matematické modelování proudění ve vodních tocích může laik na první pohled chápat jako rutinní práci s “nějakými” zaměřenými profily , oblíbenými drsnostmi z tabulek, s případnou kalibrací (změnou drsností) výpočtových tratí do očekávané úrovně hladiny a nacvičenou schopností ovládat (s bezmeznou důvěrou) základní funkce hydraulických programů.

Hydraulik ví, že musí jednoduché matematické rovnice popisující složité fyzikální jevy jako je proudění vody “okořenit” svou vrozenou hydraulickou představivostí, pílí nad kvalitní vodohospodářskou literaturou, vnímat názory a zkušenosti svých kolegů i odborníků z jiných oborů a hlavně získávat informace přímo v terénu.

Mezi našimi vodohospodáři je řada výborných hydrauliků. Přeji jim hodně úspěchů v jejich profesi a věřím, že kvalitu jejich práce ocení správci vodních toků, ekologové i obyvatelé z příbřežních pozemků zejména při extrémních povodních nebo obdobích sucha v budoucnosti.

Ing. Jakub Krise
Hydrosoft Veleslavín
(krise@hv.cz, www.hv.cz)

© Hydrosoft Veleslavín s.r.o. 2004 - 2006 správce serveru: hydrosoft@hv.cz

ISO 9001 Hydrosoft Veleslavín s.r.o. U Sadu 13, 162 00 Praha 6 tel/fax : 220 611 045