Využití modelování průchodu povoďňových vln v operativním řízení

Transkript

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
FAKULTA STAVEBNÍ
KATEDRA HYDRAULIKY A HYDROLOGIE
DIPLOMOVÁ PRÁCE
Využití modelování průchodu povodňových
vln v operativním řízení nádrže Orlík
Vladimír Bíňovec
Praha 2007
školitel: Ing. Petr Sklenář, PhD.
Prohlášení :
Prohlašuji že tuto práci jsem vypracoval samostatně, pouze za odborného vedení
vedoucího diplomové práce Ing. Petra Sklenáře, PhD.
Dále prohlašuji, že veškeré podklady ze kterých jsem čerpal jsou uvedeny v seznamu
použité literatury.
Datum :
Vladimír Bíňovec
OBSAH :
ÚVOD .................................................................................................................................6
1. MATEMATICKÝ MODEL NÁDRŽE ORLÍK ..................................................................... 10
1.1 POPIS NÁDRŽE........................................................................................................................ 10
1.2 TVORBA MODELU ................................................................................................................ 13
1.2.1 Použité programové prostředky ................................................................................ 13
1.2.2 Digitální model terénu ............................................................................................... 14
1.2.3 Práce v programech ESRI ......................................................................................... 15
1.2.4 Práce v Hec-RAS ....................................................................................................... 17
1.2.5 Vstupy do modelu ...................................................................................................... 19
1.3 OVĚŘENÍ MODELU ............................................................................................................... 19
1.3.1 Podklady pro ověření modelu .................................................................................... 19
1.3.2 Shoda se simulacemi ..................................................................................................20
1.4 ZHODNOCENÍ MODELU ....................................................................................................... 21
2. BILANČNÍ PŘÍTOK DO NÁDRŽE ....................................................................................... 24
2.1 ÚVOD ....................................................................................................................................... 24
2.2 ŘEŠENÍ BILANČNÍHO PŘÍTOKU DO NÁDRŽE.................................................................. 24
2.2.1 Metodika zjišťování bilančního přítoku ..................................................................... 24
2.2.2 Vyhodnocení bilančního přítoku na reálné situaci ................................................... 26
2.3 ZÁKLADNÍ CHARAKTERISTIKY NÁDRŽE........................................................................27
2.3.1 Původní charakteristiky ............................................................................................. 27
2.3.2 Doplnění charakteristik.............................................................................................. 28
2.3.3 Charakteristiky získané z modelu nádrže................................................................... 29
2.3.4 Porovnání charakteristik ........................................................................................... 29
2.3.5 Měrné křivky objektů ................................................................................................. 30
2.4 ZÁVĚR ...................................................................................................................................... 32
3. OPERATIVNÍ ŘÍZENÍ V NÁDRŽI BĚHEM POVODNĚ....................................................34
3.1 ÚVOD ....................................................................................................................................... 34
3.2 MANIPULACE V NÁDRŽI ..................................................................................................... 35
3.2.1 Účel a využití vodního díla ........................................................................................ 35
3.2.2 Manipulační zásady ................................................................................................... 35
3.3 MODELY VLTAVSKÉ KASKÁDY ....................................................................................... 36
3.3.1 Fyzikální model VÚV ................................................................................................. 36
3.3.2 Matematický model ČZU ........................................................................................... 39
3.4 POSOUZENÍ DOPADŮ NAVÝŠENÍ MAXIMÁLNÍ POVOLENÉ HLADINY ....................40
3.4.1 Popis problému .......................................................................................................... 40
3.4.2 Metodika simulací ..................................................................................................... 40
3.4.3 Vyhodnocení simulací ................................................................................................ 41
3.4.4 Analýza výsledků ....................................................................................................... 45
3.5 MOŽNOSTI VYUŽITÍ SÍTĚ MĚŘÍCÍCH STANIC ................................................................ 45
3.5.1 Popis sítě měřících stanic .......................................................................................... 45
3.5.2 Metodika provádění simulací .................................................................................... 46
3.5.3 Simulace č.1 ............................................................................................................... 48
3.5.4 Simulace č.2 ............................................................................................................... 51
3.5.5 Simulace č.3 ............................................................................................................... 52
3.5.6 Simulace č.4 ............................................................................................................... 55
3.5.7 Ideové využití ............................................................................................................. 56
ZÁVĚR ............................................................................................................................... 58
PŘÍLOHY ........................................................................................................................... 61
SEZNAM LITERATURY ..................................................................................................73
Summary
In August 2002 catastrophic flood hit a considerable part of territory of the Czech Republic. The most affected was the basin of the Vltava river where in the past extensive system
of hydroengineering structures, named the Vltava cascade, was built. The biggest structure of
this system is the Orlik reservoir. During the 2002 flood event water levels in the Orlik reservoir considerably exceeded the maximum allowable level and as a consequence some uncertainty occurred in explanation of the flood propagation. This was a motive for creation of the
digital model terrain (DMT) and development of mathematical fully hydrodynamic model of
the Orlik reservoir. Aims of this work were to review reservoir characteristics (storage,
flooded areas) currently stated in the manual of operating regulations and extend their validity
to the level exceeded during the 2002 flood. Compare the presently used method of evaluating
the inflow-outflow balance (the input is the hydrostatic water surface) with a method using
the hydrodynamic level (the backwater is occurring). Propose a methodology for reservoir
operation during flood propagation using a system of monitoring sites along the reservoir.
Finally some additional tasks appeared during work process. The work undertaken in this particular case study is mainly intended to help evaluate future flood events occurring in this basin more accurately and to provide a useful tool in monitoring of flood wave passing through
the reservoir. It also serves as an example for other hydroengineering structures with floodcontrol storage.
Poděkování
Na tomto místě bych rád poděkoval Ing. Petru Sklenářovi, PhD. za vedení této
diplomové práce. Děkuji také Ing. Tomáši Kendíkovi za jeho čas, cenné informace a
poskytnutá data. Velmi bych chtěl poděkovat své rodině za psychickou i finanční podporu v
průběhu celého studia.
Tyto výsledky jsou součástí grantového úkolu GAČR 103/04/1328 "Nejistoty hydraulických výpočtů na vodních tocích pro extrémní hydraulické jevy", řešeného na katedře hydrauliky a hydrologie, Fakultě stavební, ČVUT v Praze, a aktivit výzkumného centra CIDEAS
v rámci projektu 1M6840770001 MŠMT ČR. Dílčí výsledky diplomové práce byly publikovány na konferencích ( Hydroinformatics 2006 - Nice, Vodní toky 2006 ).
Úvod
Úvod
Během první poloviny srpna 2002 se vyskytly v prostoru střední Evropy vydatné regionální deště. Na území České republiky zasáhly převážnou část povodí Vltavy, dále povodí
Dyje a to zejména v Rakousku. Další území spíše již menšího rozsahu. Tyto srážky byly mimořádné, jak velikostí zasažené plochy, tak svojí intenzitou a trváním. Extrémní hydrologické
důsledky ještě zvýšil časový sled těchto srážek ve dvou vlnách v rozpětí jen několika málo
dnů na prakticky stejném území. Zmíněné dvě vlny srážek vyvolaly povodně, při kterých byly
na mnoha tocích dosaženy největší kulminační průtoky za celé období pozorování. Povodně
způsobily obrovské materiální škody v hlavním městě Praze. Zde se jedná podle dochovaných
značek historických událostí o vůbec největší pozorovanou povodeň, které byla přisouzena
doba opakování 500 let.
Obr. 1 - Schéma a podélný profil Vltavské kaskády.
6
Úvod
Obr. 2 - Letecké záběry nádrže Orlík.
V minulém století byla na řece Vltavě vybudována rozsáhlá soustava vodohospodářských děl, známá pod názvem Vltavská kaskáda (Obr. 1). Přestože úmysl výstavby jednotlivých stupňů na Vltavě původně sledoval spíše realizaci vodní cesty do Českých Budějovic, v
padesátých letech byl tento záměr přehodnocen a splavnění toku bylo prakticky uzavřeno vybudováním Slapské přehrady. Hlavní roli zde sehrály nejen finanční náklady ale i technicky
obtížné řešení. Ještě při budování vodního díla Štěchovice ve čtyřicátých letech 20-tého století
byly požadavky splavnosti a energetiky téměř rovnocenné. V současné době je však využití
vodních děl převážně energetické, případně rekreační a těmto účelům jsou podřizovány i
ostatní zájmy, protipovodňová ochrana především. Velikostí svých retenčních prostorů (Lipno
33/12 mil m3, Orlík 62 mil m3, Slapy 17 mil m3) nemůže Vltavská kaskáda při současném
dispečerském řízení poskytnout Praze dostatečnou ochranu.
Nejvýznamnější dílo na Vltavské kaskádě je VD Orlík (Obr. 2, Obr. 3). Při povodních
v srpnu 2002 byla první povodňová vlna zachycena a plně transformována na bezpečný odtok, který kulminoval v Praze bez způsobení vážnějších škod. Následující druhá vlna, která
byla ve svém objemu 4-5-krát větší než první, způsobila že maximální povolená hladina vody
na nádrži Orlík byla překročena o 1,57 metrů. Během kulminace přepadala voda nejen přes
přelivy a spodními výpustmi, ale také dalšími objekty, které pro to nebyly určeny (revizní a
kabelové tunely, lodní výtah, šachty pro měření deformací, hydroelektrárna) což zapříčinilo,
že i hodnota kulminačního odtoku z nádrže mohla být pouze zpětně odhadována. Druhá povodňová vlna kulminovala v Praze historicky nejvyšším zaznamenaným průtokem a vedla k
vážné povodňové situaci ve městě a stejně tak v nižších částech povodí Vltavy.
7
Úvod
Obr.3 - VD Orlík při povodních v srpnu 2002.
V minulosti se již problematikou průchodu povodňových vln Vltavskou kaskádou zabýval Novák [1] ve Výzkumném ústavu vodohospodářském, Praze 6 Podbabě. Testy na fyzikálním modelu kaskády prokázaly mimo jiné, že vlivem nádrží dochází k urychlení postupu
povodňové vlny na úseku dlouhém 120 km mezi Týnem a Slapy o 8,5-11,5 hodin, při porovnání se stejným úsekem bez vybudovaných nádrží. Matematickým modelováním událostí na
Vltavské kaskádě se v nedávné době zabýval také Zezulák [2]. Zezulák sestavil komplexní
model kaskády včetně srážko-odtokového modelu okolí a všech přítoků. Zabýval se zejména
variantními simulacemi průběhu povodní ze srpna 2002. Také prvotním úkolem této práce
bylo sestavit funkční matematický model. V našem případě byl předmět zájmu zúžen pouze
na nejvýznamnější část Vltavské kaskády, tedy nádrž Orlík. Od modelu je očekávána schopnost řešení široké škály problémů od objemových úloh až po úlohy zkoumající hydrodynamiku v nádrži.
V souvislosti s povodněmi ze srpna 2002 vyvstává otázka kvantifikace určitých nejistot, které se na VD Orlík vyskytly. Mezi tyto nejistoty patří zejména velikost kulminačního
průtoku, charakteristiky nádrže nad současnou maximální úrovní hladiny a velikost bilančního přítoku do nádrže. Dále by tato práce měla prozkoumat možnosti využití sítě měřících sta8
Úvod
nic provozně zajišťovaných ze strany podniku Povodí Vltavy, jejichž instalace je plánována
na vytipovaných místech na nádrži. Předpokládá se, že s údaji získanými z těchto stanic, by
bylo možno vytvořit účinnou metodiku pro monitorování postupu povodňových vln nádrží.
Vzhledem k určitému časovému předstihu prognózy by tato metodika mohla umožnit přesnější odhad kritického okamžiku pro účinnou manipulaci na VD Orlík a tím lépe ochránit území
na dolním toku Vltavy. V poslední řadě řeší práce dílčí problémy, které se postupně vyskytnuly v průběhu zpracování projektu. Z nich nejzávažnější je plánované navýšení maximální povolené hladiny na VD Orlík. Práce vyšetřuje ovlivnění nádrže plánovaným navýšením a dopad na rozsah zatopení přilehlého území v horní části nádrže, zejména během extrémních povodňových situací.
Členění této práce je následující. V první části je popsán postup tvorby matematického
modelu nádrže Orlík, včetně stručného popisu použitého programového vybavení. Ve druhé
kapitole následuje popis a vyhodnocení nové metody zjišťování bilančního přítoku, která by
měla poskytovat přesnější výsledky než metoda v současnosti běžně používaná. Pro posouzení odchylek těchto metod je dále nutné nejprve vyčíslit nejistotu v určení hodnot vlastních
vstupů řešení. Třetí kapitola se zabývá operativním řízením v nádrži během povodní. Zejména
pak budoucími možnostmi využití sítě měřících stanic plánované na nádrži a dalšími dílčími
úlohami řešícími hydrodynamiku v nádrži.
Tato diplomová práce je shrnutím části autorovy odborné činnosti na pracovišti
katedry Hydrauliky a hydrologie.
9
1. Matematický model nádrže Orlík
1. Matemetický model nádrže Orlík
1.1 Popis nádrže
Vodní nádrž Orlík (Obr. 4) je nejvýznamější součástí Vltavské kaskády. Byla
vybudována v letech 1954-1961 a přehradila tok řeky Vltavy u Solenic na Příbramsku. Nese
jméno zámku Orlík, který kdysi vystupoval na skále nad hlubokým údolím Vltavy a dnes se
nachází jen pár metrů nad vodní hladinou.
Obr. 4 - Mapa nádrže Orlík a jejího okolí.
10
Hráz je 450 m dlouhá a dosahuje v koruně výšky 91 m. Je to přímá, tížná, betonová
hráz, rozdělená na 33 bloků. V návodním líci hráze probíhají dvě revizní štoly (v úrovni
322,39 m n.m. a 290,39 m n.m.) a injekční štola (v úrovni 271,74 m n.m.). Na plošině v úrovni 354,60 m n.m. je umístěn portálový jeřáb o nosnosti 70 tun, který slouží k osazování provizorního hrazení vtoků do spodních výpustí, k turbinám a k provizornímu zahrazení přelivů.
Zároveň slouží k montáži a demontáži všech rychlouzávěrů. Po koruně hráze je vedena vozovka napojená na místní silniční síť.
Spodní výpusti jsou dvě, jmenovité světlosti 4000 mm, umístěné v osách bloků mezi
přelivnými poli, pod skluzy přelivu. Jako provozní uzávěr slouží jehlový typ Johnson. Návodní uzávěr je tabulový rychlouzávěr o rozměrech 10,75 x 5,5 m. Provizorním uzávěrem
jsou hradidlové tabule osazované jeřábem. Společný vývar pod výpustmi a přelivy je betonový, délky ve dně 95,0 m, se šikmým závěrným prahem, hluboký 5,25 m, dno opevněné betonovými bloky tloušťky 1,25 m.
Tři přelivná pole korunového přelivu jsou umístěná nad spodními výpustmi, vpravo od
objektu vodní elektrárny. Hrazená jsou na výšku 8,0 m ocelovými segmenty (Obr. 5). Provizorní hrazení je tvořeno čtyřmi příhradovými hradidlovými uzávěry výšky 2,2 m, osazovanými portálovým jeřábem. Světlá délka jednoho přelivného pole je 15 m. Kóta koruny pevného
přelivu je 345,60 m n.m.. Při přepadu se voda převádí přes hráz po skluzech zakončených
rozražeči do vývaru.
Obr. 5 - Řez přelivným polem.
11
Obr. 6 - Plavební zařízení.
Součástí Orlické přehrady je vodní elektrárna (VE), umístěná v samostatné budově při
levém břehu pod hrází, se čtyřmi Kaplanovými turbínami. Voda je přiváděna na jednotlivé
turbiny VE z vtoků na návodním líci hráze ocelovým přívodním potrubím jmenovité světlosti
6250 mm. Vtoky do potrubí jsou nálevkovitě rozšířené, každý zvlášť je hrazený provizorním
hradidlovým uzávěrem a provozním tabulovým rychlouzávěrem. Savky turbin jsou proti dolní
vodě provizorně hrazeny tabulemi. Provoz vodní elektrárny je řízen dálkově z dispečinku VE
ve Štěchovicích, místně ze strojovny nebo z dozorny vodní elektrárny. Činný výkon elektrárny reguluje centrální regulátor ústředního dispečinku elektrizační soustavy ČR v Praze prostřednictvím řídícího systému dispečinku VE ve Štěchovicích. Instalovaný výkon je 4 x 91
MW a maximální hltnost turbin 4 x 150 m3s = 600 m3s. Elektrárna slouží především k pokrytí
špičkových odběrů elektřiny.
Na pravém břehu je umístěno plavební zařízení (Obr. 6). Pro lodě o výtlaku do 300 t
bylo navrženo lodní zvihadlo ve sklonu 22o a délce 190 m, vybudována je však pouze
stavební část. Souběžně je umístěno plavební zařízení pro přepravu sportovních lodí do
výtlaku 3,5 tuny a max. šířky 2,6 m. Tyto lodě jsou přepravovány na plošinovém vozíku
taženém elektrickým navijákem po kolejové dráze (lodní výtah). Lodě do ponoru 1,2 m je
možno přetahovat pouze je -li hladina VD Orlík nad kótou 345,60 m n.m..
12
Pro sledování přítoků do nádrže slouží síť limnigrafických stanic spravovaná ČHMÚ.
Jmenovitě stanice České Budějovice na Vltavě, Bechyně na Lužnici, Písek na Otavě, Dolní
Ostrovec na Lomnici a Varvažov na Skalici. Popisná čísla stanic jsou uvedena v přílohách.
Pro sledování hladiny v nádrži slouží limnigraf Siemens, umístěný v šachtě hrázového bloku
č. 28, s dálkovým přenosem do dozorny VE, do velínu vodního díla (Povodí Vltavy) odkud
jsou ovládány spodní výpusti a segmenty přelivů, dále do dispečinku VE ve Štěchovicích a
ústředního dispečinku elektrizační soustavy ČR v Praze a do vodohospodářského dispečinku
Povodí Vltavy v Praze. Dále je na hrázovém bloku č. 25 (na pilíři segmentu č.3) umístěn vodočet s rozsahem měření 329,6 m .n.m. až 354,6 m n.m.. Pro sledování hladiny pod vodním
dílem je umístěný na zdi pravého břehu pod vývarem digitální limnigraf s přenosem do dozorny VE a do dispečinku VE ve Štěchovicích. Spolu s ním je osazen limnigraf METRA
SELSYN, s dálkovým přenosem do velínu vodního díla. Dále je pod hrází na levém břehu
pod vývarem umístěn vodočet s rozsahem měření 279,60 m n.m. až 287,60 m n.m..
Přehradní hráz zadržuje jezero o maximální ploše 2 732,70 ha, dlouhé na Vltavě 68
km, na Otavě 23 km a na Lužnici 7 km. Největší hloubka je zde 74 m a objemem zadržené
vody se nádrž Orlík řadí na první místo v České republice. Stálý objem nádrže určený kótou
329,60 m n.m. činí 280 mil.m3. Zásobní objem je 374,50 mil.m3, z toho využitelný zásobní
objem po kótu 351,20 m n.m. představuje 85 mil.m3. Ochranný objem nad touto úrovní činí
62,1 mil.m3 s maximální hladinou na úrovni 353,60 m n.m. nad mořem. Celkový maximální
objem vody činí 716,6 mil.m3. Další informace o vodním díle jsou uvedeny v přílohách.
1.2 Tvorba modelu
1.2.1 Použité programové prostředky
Programové vybavení použité pro tvorbu matematického modelu nádrže Orlík se svým
stručným popisem je vypsáno níže.
Atlas DMT je základ programového systému Atlas, umožňuje zpracovávat výškopisná data textové soubory z geodetických zápisníků (totálek), fotogrammetrie, Kokeše nebo z formátu
Hydroinform. Další dozšířený vstupní formát je DXF (prostorové body, čáry, křivky nebo
plošky - např. digitalizované vrstevnice).
13
software firmy ESRI poskytuje komplexní sadu nástrojů pro pokročilé zpracování
prostorových dat, tvorbu tématických map a analytických úloh. Pro tuto práci byl použit
program ArcView GIS 3.3 s nainstalovanými rozšířeními (extensions) 3D analyst (pro
modelování trojrozměrných povrchů a jejich vizualizaci) a Spatial Analyst (pro prostorové
modelování a analýzu). Dále byla použita programová sada ArcGIS Desktop 9.1.
HEC-RAS (River Analysis System) je program určený pro 1D hydraulické kalkulace
ustáleného i neustáleného proudění, pro sítě přirozených koryt i umělých kanálů. Umožňuje
zavedení konstrukcí jako jsou jezy, ochranné valy apod. Předchozí verze systému HEC-RAS
(do verze 2.2) umožňovaly řešení širokého spektra hydraulických úloh ustáleného nerovnoměrného proudění včetně proudění objekty. Od verze 3.0 je tento prostředek vybaven hydraulickým modelem neustáleného proudění na bázi modelu UNET. Model využívá obvyklé diskretizace diferenciálního systému rovnic kontinuity a pohybové do 4-bodového numerického
schématu diferenčních rovnic. Model je dostatečně stabilní a řešení v podmínkách plynule se
měnícího proudění rychle konverguje. Stejně jako u všech obdobných systémů nastávají problémy s numerickou nestabilitou při náhlých změnách geometrie koryta, při přechodu říčního
proudění do bystřinného a opačně a v podmínkách nízkých průtoků při „vysychání“ koryta.
Matematické formulace výpočtového schématu jsou proto vybaveny účinnými prostředky,
které tato rizika do značné míry eliminují
HEC-GeoRAS je sada nástrojů a aplikací pro zpracování prostorových dat v systému ArcGIS
s ohledem na vodohospodářské využití. Umožňuje export dat z ArcView nebo ArcGIS do
programu HEC-RAS, kde lze se získanými daty dále pracovat. Výsledky kalkulací lze dále
zpětně převést do aplikací GIS a přehledně vizualizovat. Byly použity dvě verze programu v
závislosti na používaném softwaru firmy ESRI. HEC-GeoRAS 3.1 pro práci pod ArcView
GIS 3.3 a HEC-GeoRAS 4.1 pro práci pod ArcGIS Desktop 9.1.
1.2.2 Digitální model terénu
Digitální model terénu (DMT) je prostorová plocha, která více nebo méně zdařile
kopíruje skutečný (zaměřený) nebo projektovaný terén. Vzniká na základě zadaných 3D bodů,
čar nebo ploch, kterými prochází. Mimo ně se dopočítává podle matematických vzorců tak,
aby se blížila skutečnosti.
14
Obr. 7 - Výřez z mapového podkladu použitého pro tvorbu DMT.
Podkladem pro náš model byly vojenské mapy Generálního štábu Československé
armády (Obr. 7) zmapované roku 1954, tedy ještě před výstavbou a napuštěním nádrže. Mapy
byly v měřítku 1 : 25 000 a na jejich základě byl sestrojen DMT okolí nádrže Orlík s vysokým
rozlišením. DMT byl vytvořen v programu Atlas DMT, pracovníky katedry Geodezie a
Kartografie na Fakultě stavební, ČVUT. Odtud byl exportován ve formátu DXF pro další
použití.
Protože vrstevnice na mapových podkladech dosahují pouze po úroveň břehové čáry
koryta, nejsou z nich zřejmé výškové poměry ve vlastním korytě řeky. Tvar koryta byl proto
na vybraných místech modelu odpovídajícím způsobem zaveden v dalších fázích výroby při
práci v programu HEC-RAS. Údaje o tvaru koryta byly převzaty z práce Zezuláka [2], která
vycházela z historické studie Vltavské vodní cesty, (Expositura c.a k. ředitelství pro stavbu
vodních cest v Praze, 1902 až 1911).
1.2.3 Práce v programech ESRI
DMT v elektronickém formátu DXF byl dále zpracován v programech firmy ESRI.
Prvním krokem bylo vytvoření trojúhelníkové nepravidelné sítě (TIN) (Obr. 8). TIN
(triangulated irregular network) jsou užívány při zobrazení a analýze povrchů. Síť tvoří série
hran spojujících body do trojúhelníků. Výsledná trojúhelníková mozaika tvoří souvislý hladký
povrch, kde každý trojúhelník má specifický spád a polohu.
Za pomoci rozšíření HEC-GeoRAS byly podniknuty následující kroky. Protože práce
přímo se souborem TIN je velice náročná na
15
výpočetní výkon, byla vytvořena vrstva
Obr. 8 - Pohled na vrstvy TIN a Contours.
vrstevnic (Contours) (Obr. 8), které povrch TIN zjednodušují do vrstevnicové podoby s
požadovanou hustotou. Contours jsou určeny jen pro vizualizaci a při vlastních výpočtech
souvisejících s DMT nejsou využívány. Dále bylo potřeba nadefinovat další vrstvy dat a to
především střednici toku (Stream Centerline), břehové čáry (Banks), příčné řezy
(XS Cut Lines) a oblasti neefektivního proudění (Ineffective Flow Areas). S tímto uceleným
souborem vrstev je pak možno vytvořit RAS GIS Import File, který umožní export dat do
programu HEC-RAS.
Stream Centerline je vrstva liniových dat, ve které je vyznačena střednice vyšetřovaného
toku. V našem případě ji bylo nutno definovat na řece Vltavě v rozsahu VD Hněvkovice až po
hráz VD Orlík. Střednice byla vytýčena pro koryto původního toku, což zapříčinilo že
staničení v modelu se mírně liší od staničení které je platné v součastnosti. Je to zapříčiněno
zejména větším zvlněním původního koryta toku v porovnání se současnou situací. Dále byla
vyznačena střednice řeky Otavy v rozsahu od města Písek až po soutok Otavy s Vltavou.
Každou střednici je nutno pojmenovat jménem daného toku a je dále používána pro určení
příslušného staničení pro příčné řezy a také pro definování hlavní cesty proudění (main
channel flow path).
Banks je vrstva liniových dat, ve které je vyznačena levá a pravá břehová čára nádrže.
V našem případě jsou tyto nadefinované břehové čáry spíše orientační a jejich vyznačení
nemá žádný vliv na simulace.
16
Obr. 9 - Pohled na TIN s vrstvami připravenými pro export do HEC-RAS.
XS Cut Lines definují polohu příčných řezů. Na DMT bylo v případě řeky Vltavy na délce
71 km definováno 2134 příčných řezů. Na Otavě bylo na délce 24,5 km definováno 352
příčných řezů. Příčné řezy jsou vedeny kolmo ke střednici toku a je kladen důraz na to, aby co
nejlépe vystihly celkové objemové poměry vyšetřovaného údolí. Řezy se nesmějí křížít a
proto musejí být v některých oblastech vhodně zalomeny, aby obsáhly i různé rozsáhlejší
zátoky.
Ineffective Flow Areas je vrstva polygonových dat definující oblasti, kde proudění je
neefektivního. Touto částí profilu tudíž nebude při simulacích prováděn žádný průtok. Jsou to
zejména oblasti nejrůznějších zátok. Objemy definované v příčných řezech jako neefektivní
se však dále uplatní při řešení úloh pracujících s celkovým objemem nádrže.
RAS GIS Import File je možno vytvořit pokud jsou k dispozici všechna výše uvedené
datové vrstvy (Obr. 9). Za pomoci vrstev Stream Centerline a XS Cut Lines jsou z TIN
extrahovány údaje o výškových poměrech a vytvořeny vrstvy Stream Centerline 3D a
XS Cut Lines 3D, kde již má každý bod přesně definovanou polohu v trojrozměrném prostoru.
S těmito daty je možno vytvořit soubor s příponou *.RASimport.sdf , který lze načíst v
programu Hec-RAS.
1.2.4 Práce v Hec-RAS
Geometrická data importovaná z GIS musí být pro použití v programu HEC-RAS
náležitě upravena. Ze Zezulákova modelu [2] byly převzaty chybějící údaje o drsnosti koryta
17
Obr. 10 - Příčný řez po úpravě a před úpravou.
v celé nádrži. Vzhledem k tomu, že uplynula již poměrně dlouhá doba od napuštění nádrže a
nemáme přesnou představu o tom, jak v důsledku pohybu splavenin může vypadat dno
nádrže, nebylo bezpodmínečně nutné zavádět do modelu koryto řeky v celé jeho délce. Bylo
přistoupeno k jeho vymodelování na 10 km dlouhém úseku v horní části nádrže končícím
hrází VD Hněvkovice. Upraveno bylo celkem 230 profilů. Údaje o tvaru vlastního koryta řeky
byly převzaty z modelu Zezuláka [2]. Tato úprava byla důležitá vzhledem k dalšímu
zamýšlenému využití modelu pro zjišťování průběhů hladin v horní části nádrže a posuzování
rozsahu zatopení území v okolí vlastního koryta. Na obrázku (Obr. 10) je vidět pro ilustraci
běžný rozsah prováděných úprav na příčných řezech korytem.
Pro odstranění problémů s numerickou nestabilitou simulací neustáleného proudění
byla zavedena v geometrii horní části nádrže úzká štěrbina (Pilot Channels) o šířce 0,3 m.
Tato zabraňuje „vysychání“ koryta při nízkých průtocích a stabilita simulací tak není ohrožena.
Byly definovány objekty hrází nádrží. Hráz VD Hněvkovice byla zavedena se třemi
přelivnými poli geometricky odpovídajícími skutečnosti, avšak bez možnosti manipulace se
segmentovými uzávěry, jako je tomu ve skutečnosti. VD Kořensko nebylo v modelu nijak
uvažováno, protože jezové těleso tvoří tzv. "ponořený stupeň", což znamená že voda je
zadržována pouze v době, kdy hladina v Orlické nádrži nedosahuje vysokých hodnot.
18
Obr. 11 - Ukázka geometrie nádrže Orlík v programu HEC-RAS.
Z důvodu že model je navržen převážně na simulaci povodňových situací, bylo VD Kořensko
zcela zanedbáno. Na hrázi VD Orlík byla všechna tři přelivná pole věrně zavedena jako
hrazená segmentovými uzávěry, které lze v programu HEC-RAS plně ovládat. Objekty
spodních výpustí musely být modifikovány z reálného kruhového tvaru na tvar čtvercový o
ekvivalentním průřezu, protože program HEC-RAS možnost zavedení kruhového průřezu
zřejmě nepodporuje. Spodní výpusti jsou zavedeny jako hrazené stavidlovými uzávěry. Na
obrázku (Obr. 11) jsou zobrazeny ukázky geometrie z programu HEC-RAS.
1.2.5 Vstupy do modelu
Okrajové podmínky matematického modelu mohou tvořit hydrogramy průtoků či časový průběh vodních stavů v závěrových profilech modelované říční tratě. Jako vstupy do
modelu slouží síť limnigrafických stanic spravovaných ČHMÚ. Jmenovitě stanice České Budějovice, Bechyně na Lužnici, Písek na Otavě, Dolní Ostrovec na Lomnici a Varvažov na
Skalici. Popisná čísla stanic jsou uvedena v přílohách. Jako okrajová podmínka slouží známý
odtok z VD Hněvkovice. Dolní okrajová podmínka pro tok řeky Vltavy pod hrází VD Orlík
byla zavedena jako požadavek normálního ustáleného proudění. Pro některé simulace je výhodné použit upravenou verzi modelu, kde dolní závěrový profil tvoří přímo profil hráze. Zde
je pak možno jako dolní okrajovou podmínku použít hydrogramy odtoku vody z nádrže, časový průběh vodních stavů nebo kombinaci obou podmínek. Pokud jsou pro simulovanou
událost dostupné údaje o přítoku z mezipovodí nádrže, je možno tyto do modelu zavést jako
boční přítok rovnoměrně rozprostřený podél nádrže.
19
nadmořská výška [m n.m.]
357
Vltava - 2002 max.
Otava - 2002 max.
Hydroinform 9.2002
356
355
142
152
162
172
říční kilometr [km]
182
192
202
Obr. 12 - Podélný profil maximální úrovně hladiny při povodni 2002.
1.3 Ověření modelu
1.3.1 Podklady pro ověření modelu
Povodeň ze srpna 2002 byla zatím největší povodňovou událostí zaznamenanou na
vodním díle Orlík, s dobou opakovaní cca. 500-let. Tato povodeň zanechala v okolí nádrže
stopy, které byly možno zpětně dohledat i po několika letech. Některé z těchto stop byly
později zajištěny pracovníky katedry Hydrauliky a hydrologie a maximální úroveň hladiny
tehdy dosažená byla geodeticky zaměřena. Celkem bylo identifikováno devět míst, kde bylo
možno zpětně celkem jednoznačně určit maximální dosaženou úroveň vody, na základě
vypovědí očitých svědků a dalších skutečností. Tři zaměřené body se nacházejí na Otavě a
dalších šest na Vltavě. Seznam bodů i s jejich popisem je uveden v přílohách. Poslední
uvedený bod byl vyhodnocen již krátce po povodních firmou Hydroinform. Na obrázku (Obr.
12) jsou zobrazeny zaměřené body tvořící podélný profil maximální dosažené hladiny. Pro
ověření modelu je k dispozici záznam vodních stavů pořízených během povodně v srpnu 2002
u hráze VD Orlík v časovém intervalu 1 hodina. Tato data jsou převzata od ČHMU. Dále jsou
k dispozici hydrogramy na jednotlivých přítocích do nádrže během povodně, obdržené od
podniku Povodí Vltavy (PVL). Přítok z mezipovodí je pro povodeň 2002 převzat z práce
Zezuláka [2], který pro jeho vyhodnocení použil srážko-odtokový model.
20
1.3.2 Shoda se simulacemi
Povodeň 2002 byla simulována v časovém úseku od 5/8/2002 6:00 až 21/8/2002
18:00. Zvolený časový krok vstupů 1 hodina byl závislý ná dostupných vstupních datech.
Taktéž výstup simulace byl potom tvořen stejným časovým krokem. Porovnání simulace na
modelu se skutečným průběhem úrovní hladin, který byl měřen na hrázi VD Orlík, je
zobrazeno na obrázku (Obr. 13).
Vzhledem k tomu, že data o aktuálním nastavení segmentů přelivů v průběhu povodní
nebyla dostupná, lze víceméně porovnání shody modelu se simulacemi hodnotit pouze v
době, kdy byl odtok z nádrže nekontrolovatelný a nebyl tedy nijak zvláště manipulacemi
ovlivňován. Čas kulminace dosažený za pomocí simulací se dle tabulky (Tab. 1) shoduje s
reálnou situací přesně. V případě porovnání maximálních úrovní hladiny měřených ve
skutečnosti s těmi získanými pomocí simulací dostáváme rodíl 36 cm.
Tab. 1 - Shoda simulací se skutečným průběhem povodně ze srpna 2002.
max. dosažená úroveň hladiny
355,17 m n.m.
355,53 m n.m.
Povodeň 2002 - měřeno
Povodeň 2002 - simulace
čas dosažení
14/08/2002 5:00
14/08/2002 5:00
356.00
354.00
353.00
352.00
351.00
Měřeno - 2002
350.00
Simulace - 2002
Obr. 13 - Porovnání výsledku simulace povodně 2002 s měřenými hodnotami.
21
0:
00
17
/8
/0
2
12
:0
0
0:
00
16
/8
/0
2
16
/8
/0
2
12
:0
0
0:
00
15
/8
/0
2
čas
15
/8
/0
2
12
:0
0
0:
00
14
/8
/0
2
14
/8
/0
2
12
:0
0
13
/8
/0
2
13
/8
/0
2
12
/8
/0
2
0:
00
349.00
12
:0
0
nadmořská výška [m n.m.]
355.00
1.4 Zhodnocení modelu
Za pomoci specializovaných nástrojů pro zpracování mapových podkladů byl
vytvořen DMT s vysokým rozlišením pokrývající široké okolí nádrže Orlík. DMT byl dále
schématizován do soustavy příčných profilů použitelných v programech pro 1D hydraulické
kalkulace proudění.
V minulosti byly podobné modely sestaveny již dříve. Existuje DMT okolí nádrže
Orlík obdržený na základě prostorových dat, získaných zpracováním leteckých snímků nádrže
při nízkých stavech vody v nádrži metodou fotogrammetrie. Tento model má však tu
nevýhodu, že v sobě nezahrnuje tvar dna nádrže pod úrovní hladiny, při které byly pořizovány
letecké snímky. Takovýto model tedy zásadně není použitelný pro jakékoliv hydrodynamické
simulace. Další model nádrže Orlík byl sestaven v rámci studie účinků Vltavské kaskády
Zezulákem [2]. Jako podklad pro tento model byla využita zejména historické studie Vltavské
vodní cesty (1902 až 1911), z níž bylo dostupných 133 příčných profilů v úseku České Budějovice, Čtyři dvory - Šítkovský jez. Z celkového počtu profilů jich na délku nádrže Orlík připadá pouze 28 a ostatní profily jsou získány pouze interpolací.
Náš matematický model nádrže Orlík se sestává z více než 2100 příčných řezů na řece
Vltavě a více než 350 příčných řezů na jejím přítoku Otavě. Při definování příčných řezů byl
kladen důraz na co nejpřesnější zachycení objemových poměrů na nádrži a tedy byly příčnými
řezy pokryty i nejrůznější zátoky a zálivy. Na složitějších úsecích byly řezy odpovídajícím
způsobem zalomeny. Přes oblasti zátok byly definovány oblasti neefektivního proudění a
jejich objem se tedy projeví pouze v úlohách s ním přímo pracujících (např. ověření
charakteristik nádrže, bilanční objemy atd.). Model lze využít pro prozkoumání hydrodynamických jevů, jako je určení křivky vzdutí v horních částech nádrže, rozsah zatopení
okolí nádrže vlivem zpětného vzdutí atd.. Hráz VD Orlík je v modelu vybavena stejnými
ovládacími prvky jako ve skutečnosti (přelivy, spodní výpusti), což umožňuje posouzení vlivu
různých manipulací na vývoj úrovně hladiny u hráze, objemu odtoku v čase atd..
K ověření správnosti simulací modelu byla použita zatím největší povodňová událost,
která na VD Orlík v minulosti nastala. Tou je konkrétně povodeň ze srpna 2002. Byl
simulován časový úsek 16 dní v časovém kroku 1 hodina. Jako vstupů do modelu bylo
použito záznamů z limnigrafických stanic spravovaných ČHMÚ, rovněž v časovém kroku
1 hodina. Dále byl jako vstup zaveden přítok z mezipovodí převzatý z práce Zezuláka [2].
22
Při porovnání výsledků simulace s reálně naměřenými hodnotami byla dosažena přesná
časová shoda okamžiku kulminace. Rozdíl mezi maximální kulminační hladinou měřenou a
simulovanou pak činí 36 cm.
Tento model je pravděpodobně zatím nejpodrobnějším modelem nádrže Orlík, který
byl dosud sestaven a jeho využití nám poskytuje různé možnosti. Je však nutno si uvědomit,
že za několik desítek let provozu VD Orlík může především dno nádrže, v důsledku pohybu
splavenin a přetvoření bočních svahů údolí, vypadat zřetelně odlišně v porovnání s původním
stavem, ze kterého se vycházelo při tvorbě mapových podkladů a následně vlastního modelu.
Bez podrobného hloubkového průzkumu, který by byl časově i finančně náročný, není možné
přesnou shodu geometrie modelu s dnešní skutečností ověřit. Také je potřeba brát v úvahu
fakt, že si nejsme zcela jistí do jaké míry jsou dnešní programy simulující 1D proudění
(v tomto případě Hec-RAS) schopny správně vystihnout a nasimulovat podmínky proudění
vody v nádrži.
V rámci dalšího vývoje je uvažováno o propojení modelu nádrže se srážko-odtokovým
modelem. Tento používá jako vstupy údaje o naměřených srážkách, které získáváme ze sítě
srážkoměrných stanic nebo pomocí meteorologických radarů. Jako vstup je možné použít také
předpověď srážek a ještě více tak prodloužit předstih předpovědi. Tato implementace srážkoodtokového modelu by umožnila výrazné zpřesnění vstupů pro simulace reálných minulých,
či teprve budoucích situací. Prostor pro zpřesnění geometrie nádrže lze hledat také v zařazení
VD Kořensko do modelu nádrže.
23
2. Bilanční přítok do nádrže
2.1 Úvod
Na velkých nádržích je velice důležitá znalost objemu přítoku k profilu hráze
v určitém časovém okamžiku. Tento přítok nelze přímo měřit, lze jej však dopočítat z bilance
odtoku vody z nádrže a změny úrovně hladiny v blízkosti hráze. V současnosti užívaná
metoda vyhodnocování bilančního přítoku vychází z úrovně hydrostatické hladiny vody v
nádrži. Na velkých nádržích a zejména při povodních se však výrazně projevuje efekt
hydrodynamického vzdutí. Přesnější vyhodnocení přítoku k profilu hráze by tedy patrně
zajistilo použití hydrodynamické úrovně hladiny vody v nádrži. Toto zpřesnění by možná
mohlo do jisté míry umožnit dispečinku manipulujícímu na hrázi lepší odhad budoucího vývoje povodňové situace a následně efektivnější manipulaci na vodním díle. Dále lze také za
pomoci bilance vyhodnotit a zkontrolovat objem přítoků vody z mezipovodí nádrže a z toků
vlévajících se do nádrže, i když na nich nemáme možnost přímého měření.
2.2 Řešení bilančního přítoku do nádrže
2.2.1 Metodika zjišťování bilančního přítoku
Při bilancování přítoku I se postupuje v jednotlivých časových krocích ∆t (v případě
nádrží zpravidla ∆t = 1 hodina) podle rovnice
( I − O ) ∆ t = ∆V
[m3]
(1)
kde O je celkový odtok všemi funkčními výtokovými objekty a I je bilancovaný přítok v
časovém úseku ∆t . ∆V reprezentuje změnu zadrženého objemu v nádrži za stejný časový
úsek. Změny objemů jsou určeny z charakteristiky nádrže (křivky zatopených objemů) v závislosti na změně aktuální úrovně hladiny u hráze. Charakteristika nádrže udává zadržený
objem vody v nádrži při dosažení určité úrovně statické hladiny, za předpokladu že tato hladina je rozprostřena rovnoměrně po celé nádrži. Tento předpoklad je víceméně správný pro dostatečně malé přítoky do nádrže. Při průchodu povodňové vlny nádrží je však patrný efekt
hydrodynamického vzdutí, tedy vzestup úrovně hladiny v průběhu podélného profilu, a to
zejména v poslední třetině délky nádrže. Skutečný tvar hladiny vyplývá z aktuální dynamické
24
Obr. 14 - Schématické vysvětlení rozdílu v metodikách zjišťování bilančního přítoku.
přítokové situace a hladina v nádrži tedy neodpovídá vodorovné ploše statické hladiny, s níž
je uvažováno při stanovení velikosti změny zadrženého objemu pomocí charakteristiky nádrže.
Při změně úrovně hladiny u hráze ∆h je za pomoci charakteristiky nádrže stanovena
odpovídající objemová změna ∆Vstatic, která nahrazuje skutečnou objemovou změnu
dynamic
∆V
. Z obrázku (Obr. 14) je zřejmé, že se tím při stanovení bilančního přítoku I do-
pouštíme chyby, jejíž velikost se mění v průběhu povodňové situace. Stanovení dvojíce dynamických hladin, které při výchozí hodnotě ∆h u hráze vymezují skutečnou změnu objemu
∆Vdynamic je obtížné, protože vyžaduje plné dynamické řešení průchodu povodňové vlny zdrží. Přestože detailní řešení průběhu hladiny závisí na plné znalosti prostorového proudění v
nádrži i prostorové a časové distribuce laterálního přítoku do nádrže, pro účely odhadu chyby
ve stanovení bilančního přítoku do nádrže I , z důvodu nesprávného vyjádření časové změny
objemu kdy ∆Vdynamic je zaměněno za ∆Vstatic , postačuje alespoň přibližné řešení.
Takovéto řešení lze získat například pomocí modelu neustáleného proudění HECRAS. Při znalosti měřeného časového průběhu hladin u hráze, dostupnosti hydrogramů pro
jednotlivé přítoky do nádrže a dále znalosti nebo alespoň odhadu přítoků z mezipovodí nádrže, lze určit simulací průběhy hladin v nádrži pro různé časové úrovně během povodňové
25
situace. Pokud jsou nyní v jednotlivých časových krocích uvažovány změny objemů v rovnici
(1) jako ∆Vdynamic , je možné vyčíslit rozdíly ve stanovení bilančního přítoku mezi oběmi
metodami, které pak mají charakter systematické složky nejistoty X’’I..
X I′′ = (∆Vdynamic − ∆V static ) ∆t
[-]
(2)
Velikost této složky nejistoty je zajímavá především při aplikaci na maximální bilancovaný
přítok do nádrže při větších povodňových událostech.
2.2.2 Vyhodnocení bilančního přítoku na reálné situaci
Pro posouzení rozdílů ve výsledcích získaných odlišnými, výše zmíněnými metodami
řešení, je díky své velké délce nádrž Orlík velice vhodná. Jak již bylo uvedeno, nejistota ve
vyčíslení bilančního přítoku do nádrže je tím větší, čím větší je vlastní maximální hodnota
bilančního přítoku. Povodeň v srpnu 2002 byla zatím největší pozorovanou na nádrži Orlík.
K této události jsou k dispozici podrobné údaje jak o stavu vodní hladiny u hráze, tak
o průtocích na jednotlivých přítocích do nádrže měřených příslušnými limnigrafickými
stanicemi. Proto mohla být ve spojení s vyhotoveným matematickým modelem nádrže tato
událost poměrně věrně počítačově nasimulována.
4200
bilanční přítok do nádrže [m3/s]
4100
4000
3900
3800
3700
3600
3500
I. oficiální hodnoty
3400
II. simulace - metoda dynamická
3300
III. simulace - klasická metoda
17
:0
0
13
/8
/0
2
15
:0
0
13
/8
/0
2
13
:0
0
13
/8
/0
2
13
/8
/0
2
11
:0
0
9:
00
13
/8
/0
2
7:
00
13
/8
/0
2
5:
00
13
/8
/0
2
13
/8
/0
2
3:
00
3200
čas
Obr. 15 - Porovnání metod vyhodnocení bilančního přítoku pro povodeň ze srpna 2002.
26
Na obrázku (Obr. 15) je uvedeno porovnání vyhodnocení maximálního bilančního
přítoku při povodňové události ze srpna 2002. Červená křivka zobrazuje hodnoty vypočtené
na základě oficiálních měřených hodnot vodního stavu v blízkosti hráze za povodně v srpnu
2002. Tato data byla obdržena za pomoci klasické metody zjišťování bilančního přítoku,
založené na vyhodnocení velikosti změny objemu ∆V v čase, odečtené z charakteristik nádrže
pro dané hydrostatické hladiny. Maximálního bilančního přítoku o velikosti 3900 m3/s bylo
tedy dle oficiálních údajů dosaženo 13/8/2002 v 12:00 hodin.
Povodeň 2002 na nádrži Orlík byla nasimulována co nejvěrněji na matematickém
modelu nádrže v programu HEC-RAS a výsledky byly použity pro vyhodnocení maximálního
bilančního přítoku do nádrže. V případě zpracování pomocí klasické metody vyhodnocení
bilančního přítoku byly z výsledků simulací použity úrovně vodní hladiny v blízkosti hráze
a celkové objemy vody v nádrži příslušící těmto hladinám. Výsledkem je zelená křivka na
obrázku (Obr. 15). Takto vyhodnocená maximální hodnota bilančního přítoku je 3905 m3/s,
dosažená 13/8/2002 v 12:00 hodin. V posledním případě (modrá křivka) posloužily jako vstup
hodnoty úrovně vodní hladiny u hráze získané na základě simulace, ale změny objemů byly
vymezeny dvojicemi dynamických hladin k nim příslušejících. Maximálního bilančního
přítoku do nádrže 4104 m3/s bylo potom dosaženo 13/8/2002 v 11:00 hodin.
2.3 Základní charakteristiky nádrže
Při povodni v srpnu 2002 byla významně překročena maximální povolená úroveň
hladiny. Charakteristiky nádrže musely být doplněny, aby toto navýšení pokryly a následně
byl zjištěn jistý nesoulad mezi charakteristikami původními a nově doplněnými. Lze
předpokládat, že nejistota v určení velikosti maximálního bilančního přítoku způsobená
možnou chybou ve správném určení charakteristik nádrže, může výrazně převýšit nejistotu
spojenou se záměnou ∆Vstatic za ∆Vdynamic v rovnici (1). Vzhledem k nedostupnosti dalších
dat, která by mohla ověřit charakteristiky nádrže v jejím současném stavu je zvažován detailní
hloubkový průzkum nádrže za využití speciální průzkumné lodě.
2.3.1 Původní charakteristiky
Charakteristické křivky nádrže uvedené v manipulačním řádu (MR) (Obr. 16; Obr. 17)
jsou zpracovány v číselné formě s krokem 1 cm. Rozsah křivek je od 279,60 m n.m. až po
úroveň maximální hladiny vody v nádrži 353,60 m n.m.. Nově uváděné údaje se liší od hod27
360
350
340
h [m n.m.]
330
320
310
300
manipulační řád
DMT
290
280
0
100
200
300
400
500
600
700
800
3
Objem [mil . m ]
Obr. 16 - Srovnání křivek zatopených objemů.
not publikovaných v dřívějších dokladech. Rozdíly jsou způsobené jiným vstupním podkladem, protože původně uváděné plochy byly získány z planimetrovaných ploch 5 m v mapě
(měřítko v podkladech není udáváno) a z nich odvozeny objemy. Obě veličiny byly uvnitř
5 m intervalů lineárně interpolovány. Podkladem nové čáry zatopených ploch byly plochy
v nádrži vyhodnocené po její realizaci v intervalu od 5 do 1 m podle výškové úrovně (uložené
v archivu VRV). K plochám vyhodnocené objemy byly pro interpolaci mezilehlých hodnot
(s krokem 1 cm) proloženy křivkami.
2.3.2 Doplnění charakteristik
Jak je uvedeno výše, v manipulačním řádu jsou k dispozici charakteristiky nádrže
pouze do maximální úrovně 353,60 m n.m.. Při povodni v srpnu 2002 byla však tato kóta
překročena o 1,57 m a charakteristiky bylo nutno nad původní maximální úrovní hladiny vody
v nádrži doplnit. Zatopené plochy v rozsahu 350,08 -356,00 m n.m. byly vyhodnoceny firmou
GEFOS [2] na základě využití metody fotogrammetrie na leteckých snímcích nádrže
(Obr.17). Je potřeba upozornit na skutečnost, že zatopená plocha dle původního MR na úrovni
350,08 m n.m. činila 23 719,52 tis. m2, nově vygenerovaná kóta firmou GEFOS však
19 252,54 tis. m2, což představuje rozdíl 18,8 %.
28
360
350
340
h [m n.m.]
330
320
310
300
manipulační řád
DMT
GEFOS
290
280
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
Plocha [tis . m2]
Obr. 17 - Srovnání křivek zatopených ploch.
2.3.3 Charakteristiky získané z modelu nádrže
V programu Atlas DMT byl na DMT nádrže Orlík určen polygon vymezující rozsah
nádrže. Dále pak byl zjišťován objem a plocha vymezená průnikem vodorovné hladiny o
určité výškové úrovni s DMT. Takto bylo postupováno od dna nádrže, které leží v úrovni
279,60 m n.m., až po úroveň 356,00 m n.m. a byla sestrojena křivka zatopených objemů
(Obr. 16) a křivka zatopených ploch (Obr. 17).
2.2.4 Porovnání charakteristik
Pokud porovnáme křivku zatopených ploch uvedenou v platném MR s křivkou
zatopených ploch získanou z DMT nádrže Orlík (Obr. 16), zjistíme na kótě maximální
hladiny vody v nádrži tj. 353,60 m n.m. zanedbatelný rozdíl 0,2 %. Je možno tvrdit, že DMT
a MR se v případě křivky zatopených objemů celkem dobře shodují.
Při porovnání křivky zatopených ploch uvedené v MR řádu s křivkou zatopených
ploch vyhodnocenou firmou GEFOS na kótě 350,08 m n.m. dostáváme již výše zmíněný
rozdíl 18,8 %. Pokud porovnáme manipulační řád s DMT na výškové úrovni 350,00 m n.m.,
dostáváme rozdíl 2,0 %. Na úrovni maximální hladiny vody v nádrži 353,60 m n.m. je rozdíl
29
357
356
355
h [m n.m]
354
manipulační řád
DMT
GEFOS
353
352
351
350
349
348
18000
20000
22000
24000
26000
28000
30000
2
Plocha [tis . m ]
Obr. 18 - Detailní srovnání křivek zatopených ploch.
v rozsahu zatopených ploch mezi MR a GEFOS 4,8 % a rozdíl mezi MR a DMT 0.2 %.
Konečně pokud porovnáme křivky zatopených ploch udávané firmou GEFOS a DMT na
maximální hypotetické úrovni 356,00 m n.m., dostaneme rozdíl 2280,9 tis. m2 což představuje
7,9 %. Přehledné porovnání výše zmíněných křivek zatopených objemů je vykresleno na
obrázku (Obr. 18). Číselné hodnoty jsou uvedeny v přílohách.
2.2.5 Měrné křivky objektů
Vzhledem k tomu, že MR obsahuje měrné křivky přelivů a spodních výpustí pouze po
kótu 353,6 m n.m. bylo potřeba s ohledem na povodňovou událost ze srpna 2002 extrapolovat
i měrné křivky objektů. Přelivná plocha je typu Smetana, navržená na návrhovou přelivnou
výšku h = 8 m. Zezulák [2] postupoval při extrapolaci tak, že nejprve vypočetl závislost odtokového součinitele na úrovni hladiny a velikosti průtoku a pak pro extrapolaci této závislosti
využil polynomu 5. stupně pro hladiny v intervalu původní maximální hladiny na kótě
353,60 m n.m a předpokládané Hmax hladiny na kótě 356,00 m n.m. Koruna bezpečnostního
přelivu je přitom na kótě 345,60 m n.m. Obdobný postup byl uplatněn i v případě dalších objektů. Tyto měrné křivky přísluší volnému odtoku neovlivněnému manipulací segmentů přelivů a základových výpustí. Vzhledem k tomu, že pracovníci dispečinku odečítají v současné
době polohy uzávěrů pouze s cílem stanovení odtékajícího množství aniž by je (na rozdíl od
průtoků) archivovali, využil Zezulák [2] ve svém modelu nádrže inverzního výpočtu poloh
30
Obr. 19 - Živelný odtok během kulminace povodně 2002.
uzávěrů ze známých průběhů hladin a odtoků. K tomuto účelu musel extrapolovat i měrné
křivky přelivů pro různé polohy uzávěrů. Tohoto nebylo v této práci zapotřebí a zpracovatel
se spokojil pouze s převzetím měrných křivek neovlivněných manipulací. Původní měrné
křivky spolu s jejich extrapolací na maximální úroveň 356,00 m n.m. jsou uvedeny v tabelární
podobě v přílohách.
Výpočtem celkového odtoku z nádrže při povodni v srpnu 2002 se zabýval i Broža [5].
Dle provedených výpočtů, může maximální odtok přes přelivy činit při přepadové výšce
h = 9,57 m , tedy maximální dosažené, při odpovídajícím navýšení přepadového součinitele,
31
2930 m3/s. Během těchto povodní však přepadala voda nejen přes přelivy a spodními výpustmi, ale také dalšími objekty, které pro to nebyly určeny (Obr. 19) (revizní a kabelové tunely,
lodní výtah, šachty pro měření deformací, hydroelektrárna), což způsobilo, že i hodnota kulminačního odtoku z nádrže mohla být pouze zpětně odhadována.
Broža [5] kvantifikoval tento živelný odtok v době kulminace následujícím způsobem.
Objektem plavby lodí do 300t mohlo podle odhadů přepadat 15-20 m3/s. Výtahem pro sportovní lodě dále maximálně 10 m3/s. Během povodně byla vyvrácena vrata do prostoru skladu
a podle hrubých výpočtů tudy mohlo protékat až 10 m3/s, spíše však méně. V poslední řadě
protékala voda odkrytými revizními šachtami a kabelovým kanálem. Tento průtok lze odhadovat na 5-7 m3/s. Celkový živelný odtok z nádrže při úrovni hladiny 355,17 m n.m. tedy
mohl činit 30-40 m3/s, což je méně než je reálná přesnost stanovení odtoku přes přeliv. Průtok
přes přelivy činil tedy 2930 m3/s, ovšem lze i uvažovat bez navýšení přepadového součinitele
pouze 2860 m3/s. Spodními výpustmi mohlo odtékat 187-370 m3/s. Dospíváme tedy k výpočtové hodnotě maximálního odtoku 3150 až 3340 m3/s.
2.4 Závěr
Byla ověřována vylepšená metoda vyhodnocování bilančního přítoku do nádrže. Zatímco klasická, běžně užívaná metoda využívá jako vstupy úrovně hydrostatických hladin vody v nádrži, nová
metoda pracuje s reálným tvarem hladiny v celém podélném profilu nádrže v daný časový okamžik.
Aby bylo možno tyto podélné profily hladin získat, je nutno provést simulace průchodu vyšetřované
povodňové vlny nádrží. K tomuto účelu lze s výhodou použít náš model nádrže Orlík.
Metoda vyhodnocení, jejíž princip je nastíněn výše v textu, byla otestována na zatím největší
povodňové události, která na VD Orlík dosud nastala, tedy povodni ze srpna 2002. V případě této povodně je však nutno brát v úvahu i další faktory, které mohly ovlivnit výsledné výpočty. V důsledku
překročení maximální povolené hladiny vody v nádrži se objevily určité nejistoty v určení charakteristik nádrže. Lze tedy předpokládat, že nejistota v určení velikosti maximálního bilančního přítoku
způsobená možnou chybou v určení charakteristik nádrže, může i převýšit nejistotu spojenou se
záměnou ∆Vstatic za ∆Vdynamic v rovnici (1), tedy rozdíl ve vyhodnocení mezi metodou klasickou a testovanou. Další nejistotou vstupující do bilanční rovnice (1) přes složku odtoku z nádrže O je fakt, že
v době kulminace povodně přepadala voda nejen přes přelivy a spodními výpustmi, ale i dalšími ob-
32
jekty, které pro to nebyly určeny. Hodnota kulminačního odtoku tedy musela být později zpětně odhadována.
Porovnání hodnot bilančního přítoku do nádrže získaných simulací povodně ze srpna 2002 na
modelu a reálně naměřených je zobrazeno na obrázku (Obr. 15). Nejprve bylo ověřeno, že průběh povodně byl nasimulován na modelu relativně odpovídajícím způsobem a hodnoty získané simulací a
zpracované na základě klasické metody se minimálně ve svém maximu prakticky neliší od hodnot
reálně naměřených. Dále byly nasimulované hodnoty zpracovány pomocí nové metody vyhodnocení
bilančního přítoku. Na obrázku (Obr. 15) lze vysledovat jistý trend a to, že rozdíl mezi výsledky metody klasické a metody nové se zvyšuje tím více, čím se jedná o větší absolutní hodnoty bilančního
přítoku. Ve svém maximu činí rozdíl cca. 300 m3/s tedy přibližně 5%. Ačkoliv byla v počátcích
přístupu k problému intuitivně očekávána procentuální hodnota rozdílu větší, zdá se, že nová metoda
je použitelná a zdá se i přesnější než ta klasicky užívaná. Má však ty nedostatky, že je mnohem náročnější objem potřebných vstupních dat a i její vyhodnocení je časově náročnější a obtížnější. Lze očekávat, že zpřesnění metody se pozitivně projeví zejména na velmi dlouhých nádržích při velkých povodňových epizodách.
33
3. Operativní řízení v nádrži během povodně
3.1 Úvod
Využití výstupů předpovědních modelů přítoků do nádrží kaskády může do jisté míry
umožnit optimalizaci retenčního účinku. Současně je třeba poznamenat, že velikostí svých
retenčních prostorů (např. Lipno 33/12 mil m3, Orlík 62 mil m3 nebo Slapy 17 mil m3) nemůže Vltavská kaskáda v současném systému dispečerského řízení poskytnout Praze dostatečnou ochranu. Při analýze povodňového ohrožení hlavního města Prahy a možných účinků
vybudované Vltavské kaskády je nutno mít trvale na paměti, že z celkové plochy povodí
Vltavy pro Prahu cca. 27000 km2 může být manipulacemi respektive řízením povodňových
průtoků na Vltavské kaskádě ovlivněno necelých 50% (pro přehradu Slapy cca. 12500 km2).
Přitom samy povodně na Berounce a Sázavě při nejnepříznivějším střetu kulminací znamenají
pro Prahu velmi vážné ohrožení. Dosavadní využití VD Orlík a VD Slapy, znamenající i dnes
obtížně nahraditelné užitky pro elektrizační soustavu ČR, je třeba považovat za velmi významnou skutečnost, která musí být všestranně posouzena při případném rozšíření až dosud
velmi omezených ochranných efektů kaskády pro Prahu. Pro program protipovodňové ochrany Prahy je nutno současně sledovat snížení kulminačních průtoků a oddálení nástupu zvýšených průtoků. Přitom oba tyto požadavky jsou co do nároků na volné nádržní objemy konkurenční: pro snížení kulminačních průtoků je třeba odtok z nádrží sladit s přítokem z Berounky
a Sázavy, zatímco pro získání časového oddálení nárůstu průtoků je nutno naplnit část volného objemu již v počátečních fázích povodně. Východiskem tu je co možná maximální zkrácení času nezbytného pro realizaci typu "přemístění lodí do ochranného přístavu" , "montáž
ochranných stěn" atd. a v bezprostřední návaznosti co možná nejrychlejší zvýšení odtoku z
nádrží kaskády, zajišťující využití zbývajícího volného objemu pro zachycení kulminačního
objemu. I když zvětšení velikosti ochranných objemů v nádržích Orlík popř. Slapy by zřejmě
přispělo k lepším manipulačním podmínkám za povodně, s ohledem na objemy velkých povodní na Vltavě k soutoku se Sázavou půjde vždy o velmi malý přínos. Extrémní povodeň v
srpnu 2002, i když její průběh a ničivé účinky dnes výrazně ovlivňují naše úvahy, je nutno
považovat pouze za jednu z mnoha realizací odtokového režimu. Bylo by chybou pouze jí
hodnotit příp. navrhovaná protiopatření. Obdobně jako v minulosti, i každá další velká povodeň zřejmě bude něčím specifická, a proto volba příslušných manipulačních pravidel musí být
v souladu s touto očekávanou variabilitou povodňových jevů, tj. musí být dostatečně flexibilní.
34
3.2 Manipulace v nádrži
3.2.1 Účel a využití vodního díla
Vodní dílo zajišťuje svou funkci a hospodařením s vodou následující účely v pořadí
podle důležitosti:
1. minimální průtok ve Vltavě v profilu Vrané 40 m3/s ve spolupráci s ostatními vodními díly
Vltavské kaskády
2. využití odtoku z nádrže k výrobě elektrické energie ve špičkové vodní elektrárně, která je
součástí vodního díla
3. dodávku povrchové vody pro odběratele
4. snížení velkých vod na Vltavě a částečnou ochranu území pod přehradou před účinky povodní (se zvláštním zřetelem na ochranu Prahy)
5. nalepšování průtoků ve Vltavě a případně v Labi pro zlepšení plavebních podmínek
6. vypouštění zvýšených přítoků ke zlepšení hygienických podmínek a kvality vody ve Vltavě
(zejména v oblasti Prahy) a k likvidaci následků čistotářských havárií
7. ovlivňování zimního průtokového režimu pod přehradou a omezení nežádoucích ledových
jevů
8. rekreaci a vodní sporty
9. plavbu v nádrži
10. rybí hospodářství
3.2.2 Manipulační zásady
V klidovém provozu zajišťuje manipulaci na Vltavské kaskádě převážně ČEZ z centrálního dispečinku ve Štěchovicích. Manipulací je třeba zajistit zejména minimální průtok
40 m3/s pod VD Vrané. Může se tedy vyskytnout i situace, kdy z VD Orlík neodtéká voda
žádná a celý potřebný průtok je dotován z VD Slapy. Za povodní přebírá řízení podnik Povodí
Vltavy z generálního ředitelství. Manipulace se řídí hlavní podmínkou, aby byl Prahou prováděn maximální neškodný průtok 1500 m3/s a pokud možno nebyl překročen průtok ve Vltavě
pod VD Slapy 600 m3/s. Dosáhne-li hladina v nádrži kóty 353,60 m n.m., je nutné nadále vypouštět z nádrže celý přítok tak, aby hladina dále nestoupala.
35
3.3 Modely Vltavské kaskády
3.3.1 Fyzikální model VÚV
V říjnu r.1956 se konala v Praze za účasti 190 vodohospodářů I. celostátní hydrologicko-hydrotechnická konference o Vltavské kaskádě, pořádaná VÚV a VTS. Na závěr konference byla přijata resoluce, která obsahovala závěry 12-ti přednesených referátů a diskusi
k nim. Z této resoluce následuje citace bodu č. 10: "Vybudovat ve VÚV model celé vltavské
kaskády, eventuálně s jedním dílčím modelem větším, pro řešení vlivu budovaných přehrad
na povodňový režim a postupové rychlosti povodní na Vltavě při uvážení střetávání povodní z
přítoků a budoucího vývoje manipulace s přehradními prostory; omezit modelový výzkum na
režim velkých vod a dbát mezí daných měřítky modelu". Výstavba probíhala etapovitě a s
ohledem na omezené ústavní možnosti velmi pomalu, takže byla dokončena až v roce 1962.
Orientační výzkumy a vlastní experimentální program byl splněn v letech 1963-1964. V roce
1965 byl prováděn dále podrobnější modelový výzkum pro řešení ekonomických velikostí
ochranných prostorů v nádržích Vltavské kaskády. Výsledky tohoto projektu jsou shrnuty v
Novákově závěrečné zprávě [1].
Při řešení úkolu bylo přistoupeno ke kombinaci matematického a experimentálního
přístupu, pro plně matematické řešení totiž chyběla řada podkladů, zejména o vlivu složité
konfigurace zdrží a koryta na postupové doby a také nebyly k dispozici podklady z měření ve
skutečnosti pro průběh rázových vln. Celý fyzikální model byl z důvodů značného výškového
Obr. 20 - Podélný profil dna a hladin km 30-213 a řezy modelu.
36
Obr. 21 - Podélné profily hladin v Orlické zdrži.
převýšení rozdělen na dvě části. První od profilu Hněvkovice až po Řež (km 33-213 =180km)
(Obr. 20) a druhou od Vyššího Brodu až po Hněvkovice (km-80 až+ 33 = 113 km). Vzhledem
k nedostatku podkladů pro trať nad Českými Budějovicemi a dlouhé době výstavby modelu,
bylo v průběhu I. etapy výzkumu rozhodnuto od II. etapy modelu (Vyšší brod - Hněvkovice)
upustit a aplikovat v dotčené trati výsledky dosažené v I. etapě početně.
Pro naši práci jsou zajímavé především následující výsledky dosažené na fyzikálním
modelu VÚV. Model byl použit pro zaměření podélného profilu hladin v Orlické zdrži
(Obr. 21) pro různé vyšší průtoky a různé hladiny ve zdržích od minimální, dané přepadovou
výškou vyhrazeného přelivu, až po nejvyšší, danou maximálně přípustnou hladinou. Zkoumán
byl tedy případ ustáleného nerovnoměrného proudění. Dále byl sledován průběh prázdnění
jednotlivých nádrží pro různé podmínky. Při prázdnění Orlíka bylo vzhledem k dlouhým dobám experimentálně sledován průběh prázdnění pouze horních 6,5 m tj. mezi kótami 354,00 a
347,50. Výsledek jak pro výpočet, tak pro experimentální výsledky dvou pokusů je znázorněn
na obrázku (Obr. 22). Další pokusy na modelu také prokázaly, že vlivem nádrží nad Prahou
dochází při plných retenčních prostorech k urychlení postupivosti povodňové vlny. Např. na
úseku mezi Týnem a Slapy dlouhém 120 kilometrů je to o 8,5 až o 11,5 hodin. Výsledky jsou
zobrazeny na obrázku a v tabulce (Obr. 23 ; Tab. 2).
37
Tab. 2 - Doby postupu čela povodňové vlny v trati Týn-Orlík-Kamýk-Slapy v minutách.
Prázdné zdrže
Plné zdrže
zrychlení
Trať
km i=86 19
8 1,3
86 19
8 1,3 86 19
8 1,3
63.75 370 440 515 570 120 150 195 210 250 290 320 360
Týn-Orlík
Orlík-Kamýk
12.1
70
85
95
105
25
30
30
35
45
55
65
70
Kamýk-Slapy 42.15 245 290 340 375 65 80 100 105 180 210 240 270
118 685 815 950 1050 210 260 325 350 475 555 625 700
Týn-Slapy
Obr. 22 - Prázdnění Orlické zdrže.
Obr. 23 - Doba postupu čela povodňové vlny.
38
3.3.2 Matematický model ČZU
Na objednávku ČHMÚ byla vypracována na České zemědělské univerzitě (ČZU) studie
vyhodnocující dopady povodně v srpnu 2002 z pohledu průchodu povodňové vlny Vltavskou
kaskádou [2]. V rámci této studie byl vytvořen simulační matematický model Vltavské kaskády
v rozsahu České Budějovice - Praha, Šítkovský jez (ř. km. 240,65 - 53,694). Studie byla především
zaměřena na simulaci průběhu povodně v dolní částí Vltavské kaskády (říční úsek Orlík-Vrané) a na
posouzení reálnosti vazeb mezi vstupními a výstupními hydrogramy v těchto měrných profilech. Dalším cílem studie bylo analyzovat potenciál Vltavské kaskády z hlediska protipovodňové ochrany
v podmínkách operativního povodňového řízení a ve vazbě na funkci hydrologického předpovědního
systému ČHMÚ. Tato analýza vycházela z rekonstrukce povodňových vln na přítocích do nádrže
Orlík, jednak prostřednictvím již funkčních srážko-odtokových předpovědních modelů, jednak
z bilančního odvození přítoku do nádrže na základě měřeného průběhu hladin ve zdrži a průtoků objekty a živelnými odtoky. Z této studie byly do naší práce převzaty zejména údaje o drsnosti dna
Orlické zdrže a dále také časová distribuce přítoku z mezipovodí nádrže v průběhu povodně 2002,
která byla zpracovatelem studie [2] zjištěna pomocí srážkoodtokového modelu SAC-MAN. Podélný
profil modelu Vltavské kaskády je vykreslen na obrázku (Obr. 24).
Obr. 24 - Podélný profil modelu Vltavské kaskády od ČZU.
39
3.4 Posouzení dopadů navýšení maximální povolené hladiny
3.4.1 Popis problému
V současné době je na VD Lipno a VD Orlík plánováno navýšení maximální povolené
hladiny vody v nádrži o 40 cm. V případě VD Orlík to tedy činí navýšení na kótu
354,00 m n.m.. Touto maximální hladinou je míněna horní hranice úrovně retenčního
prostoru. V souvislosti s takovýmto navýšením je nutné znovu přehodnotit rozsah zatopení
pozemků přiléhajících k nádrži. V případě VD Lipno bude pravděpodobně jako výchozí pro
toto posouzení brána hydrostatická úroveň hladiny vody u hráze. Nebude tedy počítano s
případným efektem zpětného vzdutí v horní části nádrže, což je vzhledem k charakteru
VD Lipno pochopitelné. U VD Orlík je situace poněkud jiná. Ukázalo se, že během
povodňových událostí může na nádrži Orlík dosáhnout efekt hydrodynamického vzdutí
poměrně vysokých hodnot. Toto se může významně projevit v rozsahu zatopeného území
vlivem nádrže, zejména pak v jejích horních částech.
3.4.2 Metodika simulací
Při povodni v srpnu 2002 byl na hrázi VD Hněvkovice dosažen zde zatím maximální
měřený průtok téměř 1180 m3/s. Tato hodnota průtoku byla tedy použita i pro simulace
zjíšťující
rozdíl zatopení území vyplývající ze záměny hydrodynamické hladiny vody
v nádrži za úroveň hydrostatickou. Při úrovních hladin u hráze VD Orlík 354,0 m n.m. a
353,6 m n.m. byl na modelu nádrže Orlík zjišťován pomocí simulace ustáleného proudění
podélný profil příslušejících hydrodynamických a hydrostatických hladin. Dále byl zjišťován
podélný profil hladiny při odtoku z VD Hněvkovice taktéž 1180 m3/s, avšak bez vlivu Orlické
zdrže.
Popsané simulace byly vyřešeny v programu HEC-RAS a výsledky vyexportovány pro
použití v aplikacích GIS. S těmito daty bylo dále pracováno s využitím rožšíření
Hec-GeoRAS v programu ArcGis. Nejprve byla vygenerována na základě výsledků
vypočtených v HEC-RAS prostorová plocha reprezentující podélný profil hladiny. Na základě
průniku této plochy s původním DMT byla získána hranice vymezující zatopenou oblast ve
formě vektorového polygonu. Dále lze za pomoci rozšíření HEC-GeoRAS provést analýzu
jejímž výstupem jsou rastrové mapy o zadaném rozlišení zobrazující průběhy hloubek a
rychlostí proudění vody. Na ilustrujícím obrázku (Obr. 25) lze vidět možné výstupy.
40
Obr. 25 - Vlevo rastrové rozložení hloubek a vpravo polygon vymezující zatopené území.
3.4.3 Vyhodnocení simulací
Při zjišťování rozsahu zatopeného území byla kladena zvláštní pozornost na horní úsek
nádrže Orlík od vtoku řeky Lužnice po hráz VD Hněvkovice (ř.km. 205,8 - 213,0), kde je
rozdíl, zapříčiněný záměnou hydrodynamické úrovně hladiny za hydrostatickou, očekáván
jako nejmarkantnější. Seznam provedených simulací je uveden v tabulce (Tab. 3).
Tab. 3 - Seznam provedených simulací.
úroveň hl. na hrázi VD Orlík odtok z VD Hněvkovice
č.
typ simulace
[m n.m.]
[m3/s]
1
353,60
1180
hydrodynamická hladina
2
354,00
1180
hydrostatická hladina
3
354,00
1180
hydrodynamická hladina
4
bez vlivu hráze
1180
hydrostatická hladina
Výsledky vyhodnocené z jednotlivých simulací jsou uvedeny v tabulce (Tab. 4).
Grafické porovnání rozdílů v průběhu podélných profilů hladin a rozsahu zatopení je
zobrazeno na následujících obrázcích (Obr. 26, Obr. 27, Obr.28, Obr. 29, Obr. 30, Obr. 31).
Tab. 4 - Vyhodnocení simulací.
úroveň hladiny pod hrází rozsah zatopeného území v úseku
č.simulace
VD Hněvkovice [m n.m.]
ř.km. 205,8 - 213,0 [m2]
1
361,32
2
354,00
716682
3
361,32
1215550
4
361,28
1181400
41
Obr. 26 - Porovnání podélných profilů hladin simulací č.2 a 3.
Obr. 27 - Detail porovnání podélných profilů hladin simulací č.2 a 3.
42
Obr. 28 - Porovnání rozsahu zatopeného území mezi simulacemi č. 2 a 3 v horní části nádrže.
Obr. 29 - Srovnání zatopených území u simulací č.2, 3 a 4.
43
Obr. 30 - Porovnání podélných profilů hladin mezi simulacemi č 3 a 4.
Obr. 31 - Porovnání podélných profilů hladin mezi simulacemi č. 1 a 3.
44
3.4.4 Analýza výsledků
Byl proveden rozbor vlivu plánovaného navýšení maximální povolené úrovně hladiny
vody na VD Orlík o 40 cm. Podle provedených simulací je zřejmé, že rozdíl mezi uvažovanou
hydrostatickou a hydrodynamickou hladinou vody v nádrži může, zejména v její horní části,
dosahovat poměrně vysokých hodnot. Tento rozdíl činil při simulacích s průtokem rovným
hodnotě měřené při povodni v srpnu 2002 pod hrází VD HNěvkovice až 7,32 m (Obr.27).
Dále byl prozkoumán rozdíl v rozsahu zatopeného území v horní části nádrže, na úseku
dlouhém 7,2 km, při záměně hydrodynamické hladiny za úroveň hladiny hydrostatickou.
Rozdíl činí celkem 499 000 m2, což představuje procentuální podíl 41% (Obr. 29).
Pokud porovnáme průběh podélného profilu hydrodynamické hladiny při úrovni na
hrázi 353,60 m n.m. (v současnosti platná hodnota) s úrovní na hrázi 354,00 m n.m., dojdeme
k závěru, že vliv navýšení přestává být patrný přibližně 7 km před hrází VD Hněvkovice.
(Obr. 31)
Při porovnání průběhu hydrodynamické hladiny pro úroveň 354,00 m n.m. s podélným
profilem hladiny získaným simulací při naprosto potlačeném vlivu Orlické zdrže docházíme
k následujícím výsledkům. Hladiny se prakticky shodují v úseku přibližně 3,5 km pod hrází
VD Hněvkovice. Dále už se začíná výrazněji projevovat vliv potlačení efektu Orlické zdrže a
průběhy hladin se rozcházejí (Obr.30). Rozdíl v rozsahu zatopeného území v horním úseku
nádrže dlouhém 7,2 km činí však pouze 34 150 m2 , což představuje procentuální podíl
cca. 3% (Obr. 29).
3.5 Možnosti využití sítě měřících stanic
3.5.1 Popis sítě měřících stanic
Průchod povodňové vlny dlouhou a hlubokou nádrží je zřetelně odlišný od průchodu
vlny říčním korytem. Tuto problematiku by mohla pomoci blíže objasnit v současné době
plánována instalace měřících stanic na vytipovaných místech v Orlické zdrži. Síť by se měla
skládat ze tří stanic, dvou umístěných na mostních pilířích na Vltavě a třetí na Otavě. Stanice
jsou určeny pro sledování aktuální úrovně hladiny. Plánované umístění stanic je zřejmé ze
schématu (Obr. 32). Pro přehlednost byla vybrána ještě další dvě místa, ve kterých jsou na
modelu uvažovány fiktivní měřící stanice (zelená barva). Nákres stanice je v přílohách.
45
Obr. 32 - Rozmístění měřících stanic na nádrži Orlík.
3.5.2 Metodika provádění simulací
Charakter průchodu povodňových vln (PV) nádrží závisí na mnoha faktorech. Jsou to
především : základní průtok před příchodem PV, tvar PV, velikost jejího maxima a doba jeho
trvání, celkový objem PV, intenzita stoupání průtoku, manipulace na hrázi nádrže a především
pak hloubka vody v korytě a ve zdrži před průchodem PV.
Na našem modelu nádrže Orlík byly simulovány průchody PV o různých velikostech a
odlišných počátečních podmínkách. Cílem simulací bylo pokusit se podchytit a popsat určité
46
1500
Qmax=500 m3/s
Qmax=750 m3/s
1250
Qmax=1000 m3/s
Qmax=1250 m3/s
3
Q [m /s]
1000
Qmax=1500 m3/s
750
500
250
0
0
20
40
60
80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280
n . ∆t
Obr. 33 - Tvary a velikosti testovaných PV na Vltavě.
závislosti při postupu PV nádrží ve vazbě na data sledovaná na modelu v místech
plánovaného umístění měřících stanic a na hrázích nádrží (průběhy úrovní hladin v daném
místě a průtoky). Tyto závislosti by se pak zřejmě daly využít v reálných situacích vzniklých
na nádrži Orlík, kdy data obdržená z měřících stanic by mohla umožnit predikci budoucího
vývoje situace v určitém časovém předstihu.
Byly zkoumány čtyři základní scénáře možných situací, kdy v každém scénáři byl
nasimulován vždy stejně průchod pěti PV o totožné intenzitě stoupání průtoku a rozdílných
maximech a celkových objemech PV. Intenzita stoupání průtoku je hodnota udávaná v
jednotkách [m3/s/min] a byla stanovena pro tento soubor scénářu hodnotou i = 1 na základě
analýzy minulých přirozených povodňových událostí na nádrži Orlík, kdy intezita stoupání
průtoku taktéž dosahovala maximálně této hodnoty. Tvary použitých PV jsou vykresleny na
obrázku (Obr. 33). Časový krok prováděných simulací byl zvolen jako ∆h = 10 min , což na
jednu stranu vedlo k jisté časové náročnosti při vlastních simulacích, avšak pro sledování
průchodu PV nádrží se to ukázalo býti nezbytným. První tři scénáře simulují postup PV vlny
vzniklé na Vltavě, poslední pak vzniklé na Otavě. Byly uvažovány situace kdy je nádrž
předvypuštěna, plně napuštěna a v posledním případě voda bez jakékoliv manipulace na hrázi
volně přepadá přes nehrazené bezpečnostní přelivy.
47
3.5.3 Simulace č.1
V prvním scénáři je simulován průchod PV vzniklých na Vltavě, kdy retenční objem
nádrže je zcela naplněn a hladina je v hrázi udržována na kótě maximální povolené úrovně
hladiny 353,60 m n.m.. Vlastní hráz není v geometrii modelu zavedena a tvoří ji tedy dolní
uzávěrový profil umístěný v profilu hráze. Dolní okrajová podmínka je pak tvořena
podmínkou Stage Hydrograph, kdy po celou dobu simulace je hladina udržována na
počáteční úrovni a je sledován průtok profilem tedy odtok z nádrže. Geometrie celé řeky
Otavy je zanedbána a taktéž všechny další přítoky kromě Vltavy, kde základní průtok před
simulacemi je 30 m3/s. (tj. přibližně průměrný průtok ve Vltavě pro profil Hněvkovice).
Charakteristiky modelových PV a místa monitorovaná na modelu během simulací (ve
skutečnosti umístění měřících stanic) jsou uvedeny v tabulkách (Tab.5, Tab.6) (tyto údaje
jsou stejné pro všechny simulace).
Tab. 5 - Charakteristiky modelových povodňových vln.
název Qmax [m3/s] i [m3/s/min] objem PV [mil.m3]
PV1
PV2
PV3
PV4
PV5
500
750
1000
1250
1500
1
1
1
1
1
max. průtok PV od počátku
simulace
T [min]
13,272
31,104
56,454
89,304
129,654
470
720
970
1220
1470
Tab. 6 - Místa monitorovaná na modelu nádrže.
označení ř.km. vzdálenost od hráze [km]
hráz
m.s.1
m.s.2
m.s.3
m.s.4
m.s.5
143,35
179,35
174,00
160,86
2,21
14,06
36,00
30,65
17,51
29,59
41,44
popis stanice
hráz VD Orlík
Vltava - mostní pilíř
Vltava - mostní pilíř
fiktivní stanice
Otava - mostní pilíř
fiktivní stanice
V tabulce (Tab. 7) jsou uvedeny výsledky simulací. Ve sloupci 3 je uvedena
vzdálenost mezi jednotlivými pozorovanými body. Ve sloupcích 4,7 pak doba od počátku
simulace do okamžiku kulminace sledované veličiny v daném místě. Sloupce 5,8 zobrazují
dobu mezi kulminacemi sledovaných veličin v po sobě následujících bodech. Sloupce 6,9
nakonec ukazují maximální kulminační hodnotu pozorované veličiny v určitém sledovaném
bodě na modelu.
48
Tab. 7 - Výsledky simulace č.1.
dl.
kul.hl.
PV označení úseku
[min]
[km]
1
PV1
PV2
PV3
PV4
PV5
2
Hněvk.
m.s. 1
m.s. 2
m.s. 3
hráz
Hněvk.
m.s. 1
m.s. 2
m.s. 3
hráz
Hněvk.
m.s. 1
m.s. 2
m.s. 3
hráz
Hněvk.
m.s. 1
m.s. 2
m.s. 3
hráz
Hněvk.
m.s. 1
m.s. 2
m.s. 3
hráz
3
33,65
5,34
13,15
16,50
33,65
5,34
13,15
16,50
33,65
5,34
13,15
16,50
33,65
5,34
13,15
16,50
33,65
5,34
13,15
16,50
4
470
610
620
630
720
880
890
910
970
1150
1150
1170
1220
1420
1430
1440
1470
1680
1690
1690
-
postup dosažený
kul.
dosažená
úroveň hl. průtok kul. průt. průtok
[min]
[min]
[m n.m]
[m3/s]
postup
kul. hl.
[min]
5
140
10
10
160
10
20
180
0
20
200
10
10
210
10
0
-
6
353,66
356,65
353,63
353,60
353,73
353,71
353,66
353,60
353,84
353,79
353,72
353,60
353,97
353,90
353,78
353,60
354,13
354,04
353,87
353,60
7
470
620
620
630
640
720
880
880
900
900
970
1140
1140
1160
1170
1220
1390
1400
1430
1430
1470
1650
1660
1690
1700
8
150
0
10
20
160
0
10
0
170
0
20
10
170
10
20
0
180
10
30
10
9
500,00
451,69
452,17
453,03
453,99
750,00
692,96
692,71
692,59
693,27
1000,00
933,30
932,42
931,18
931,77
1250,00
1173,85
1172,14
1169,97
1170,38
1500,00
1414,64
1412,14
1408,89
1409,27
Při simulaci průchodu PV nádrží při jejím plném retenčním objemu, dochází dle
výsledků simulací ke značnému urychlení jejího postupu. Vrchol průtokové vlny i maximální
hladiny se šíří přes celou nádrž úzce vzájemně spjaty. PV vytvářející se na hladině nádrže se
při jejím průchodu postupně zplošťuje a na hrázi již není vůbec patrná v důsledku zadané
dolní okrajové podmínky. PV se téměř vůbec netransformuje a její průtokové maximum
zůstává stále velmi podobné. Ze simulací vyplývá, že PV je schopna za těchto podmínek
urazit 68,5 km dlouhý úsek mezi hrází VD Hněvkovice a hrází VD Orlík (uvažován je postup
maxima hladiny či průtoku pozorovaný v jednotlivých sledovaných bodech tedy i na
49
VD Hněvkovice) za 180 - 230 minut. Nejdelší čas při postupu PV zabere zřejmě překonání
horního úseku nádrže, dolní úsek je již překlenut poměrně velice rychle. Dále lze z výsledků
usuzovat, že postup PV se při stoupajícím maximu kulminačního průtoku PV mírně
zpomaluje. Následující obrázky ilustují postup PV5 nádrží. Kulminační vlna hladiny
(Obr. 34) a postup průtokové vlny (Obr. 35) ve sledovaných bodech.
354.2
hráz
354.1
m.s. 3
H [m n.m.]
354
m.s. 2
m.s. 1
353.9
353.8
353.7
353.6
353.5
0
500
1000
1500
čas [min]
2000
2500
Obr. 34 - Postup kulminační vlny hladiny nádrží ve sledovaných bodech.
1420
1410
Q [m3/s]
1400
1390
hráz
1380
m.s. 3
1370
m.s. 2
1360
m.s. 1
1350
1600
1650
1700
čas [min]
Obr. 35 - Postup průtokové vlny nádrží ve sledovaných bodech.
50
1750
1800
3.5.4 Simulace č.2
Je simulován průchod PV vzniklé na Vltavě. Nádrž je předvyprázděna na úroveň
335,00 m n.m.. Vlastní hráz není v geometrii modelu zavedena a tvoří ji dolní uzávěrový
profil, kde je zavedena dolní okrajová podmínka Flow Hydrograph. Odtok z nádrže je touto
podmínkou udržován na konstantní úrovni 30 m3/s a jsou sledovány změny úrovně hladiny.
Geometrie Otavy a ostatní přítoky kromě Vltavy jsou zanedbány, základní průtok ve Vltavě je
30 m3/s. V tabulce (Tab. 8) jsou uvedeny výsledky simulací.
Tab. 8 - Výsledky simulace č. 2.
PV
1
PV1
PV2
PV3
PV4
PV5
dl.
kul.hl.
označení úseku
[min]
[km]
2
Hněvk.
m.s. 1
m.s. 2
m.s. 3
hráz
Hněvk.
m.s. 1
m.s. 2
m.s. 3
hráz
Hněvk.
m.s. 1
m.s. 2
m.s. 3
hráz
Hněvk.
m.s. 1
m.s. 2
m.s. 3
hráz
Hněvk.
m.s. 1
m.s. 2
m.s. 3
hráz
3
33,65
5,34
13,15
16,50
33,65
5,34
13,15
16,50
33,65
5,34
13,15
16,50
33,65
5,34
13,15
16,50
33,65
5,34
13,15
16,50
4
470
1990
1730
1730
1740
720
2240
2080
2080
2080
970
2620
2640
2640
2640
1220
-
postup
kul. hl.
[min]
postup dosažený
kul.
dosažená
úroveň hl. průtok kul. průt. průtok
[m3/s]
[min]
[min]
[m n.m]
5
1520
-260
0
10
1520
-160
0
0
1650
20
0
0
6
336,13
336,12
336,12
336,12
337,56
337,55
337,55
337,55
339,53
339,53
339,53
339,53
-
-
-
-
1470
-
51
7
470
870
870
880
720
1060
1070
1080
970
1270
1280
1300
1220
1500
1500
1520
1470
1720
1730
1750
-
8
400
0
10
340
10
10
300
10
20
280
0
20
250
10
20
-
9
500,00
371,57
351,46
246,41
30,00
750,00
617,29
582,53
401,42
30,00
1000,00
853,26
803,81
549,50
30,00
1250,00
1078,92
1013,76
689,59
30,00
1500,00
1291,10
1208,83
819,25
30,00
346
hráz
344
m.s. 3
m.s. 2
H [m n.m.]
342
m.s. 1
340
338
336
334
600
1100
1600
čas [min]
2100
Obr. 36 - Vývin úrovně hladiny ve sledovaných bodech.
Při tomto scénáři simulace je celá PV zachycena ve volném objemu nádrže a plně
transformována. Z výsledků je zřejmé že čím větší je PV, tím delší je přirozeně doba její
transformace. Kulminace průtoku ve sledovaných bodech je pak dosažena rychleji u větších
PV. Podobný typ simulace by mohl být v reálné situaci užitečný pokud bychom se
připravovali na nadcházející povodňovou situaci a měli bychom určitým způsobem
předvyprázdněnou nádrž. Pak by se za pomoci modelu dala nasimulovat a sledovat například
rychlost stoupání hladiny v závislosti na postupném plnění nádrže. V tomto procesu lze
obtížně nalézt přímou závislost, zejména protože do procesu vstupuje příliš mnoho činitelů
(velikost odpouštěného průtoku, úroveň předvyprázdnění, objem přicházející PV). Na
obrázku (Obr. 36) je zobrazen vývin úrovní hladin při simulaci PV5 ve sledovaných bodech.
3.5.5 Simulace č.3
Je simulován průchod PV vzniklé na Vltavě. Hráz nádrže je v použité geometrii co
nejvěrněji vystihnuta a počáteční hladina při simulacích je na úrovni kóty koruny pevných
přelivů tedy 345,60 m n.m.. Přelivy jsou při průchodu PV nehrazené a spodní výpusti jsou po
celou dobu uzavřeny. Geometrie Otavy a ostatní přítoky kromě Vltavy jsou zanedbány,
základní průtok ve Vltavě je 30 m3/s. V tabulce (Tab. 9) jsou uvedeny výsledky simulací.
52
dl.
kul.hl.
označení úseku
[min]
[km]
PV
1
PV1
PV2
PV3
PV4
PV5
2
Hněvk.
m.s. 1
m.s. 2
m.s. 3
hráz
Hněvk.
m.s. 1
m.s. 2
m.s. 3
hráz
Hněvk.
m.s. 1
m.s. 2
m.s. 3
hráz
Hněvk.
m.s. 1
m.s. 2
m.s. 3
hráz
Hněvk.
m.s. 1
m.s. 2
m.s. 3
hráz
3
33,65
5,34
13,15
16,50
33,65
5,34
13,15
16,50
33,65
5,34
13,15
16,50
33,65
5,34
13,15
16,50
33,65
5,34
13,15
16,50
4
470
1220
1220
1220
1220
720
1460
1470
1470
1480
970
1730
1750
1760
1770
1220
1970
1990
2100
2120
1470
2200
2220
2240
2270
kul.
postup dosažená
kul. hl. úroveň hl. průtok
[min]
[m n.m]
[min]
5
750
0
0
0
740
10
0
10
760
20
10
10
750
20
20
20
730
20
20
30
6
346,43
346,43
346,43
346,43
347,26
347,25
347,25
347,24
348,17
348,15
348,13
348,10
349,12
349,08
349,03
348,96
350,07
349,99
349,90
349,78
7
470
690
690
690
1190
720
930
940
980
1480
970
1180
1190
1250
1770
1220
1430
1440
1540
2120
1470
1680
1700
1820
2270
postup dosažený
kul. průt. průtok
[min]
[m3/s]
8
220
0
0
500
210
10
40
500
210
10
60
520
210
10
100
580
210
20
120
450
9
500,00
343,28
318,20
222,14
73,36
750,00
549,76
512,21
374,71
222,33
1000,00
768,70
723,49
565,22
419,40
1250,00
994,76
944,59
779,17
651,50
1500,00
1228,02
1175,68
1013,78
903,04
Průchod PV nádrží je při reálných situacích významně ovlivňován manipulacemi na
hrázi. V tomto scénáři je jakákoliv manipulace potlačena a odtok z nádrže je realizován pouze
přes nehrazené pevné přelivy (mimo základního průtoku 30 m3/s, který je prováděn přes hráz
pomocí funkce Pilot Flow v programu HEC-RAS) a je určován výškou přepadového paprsku
tedy úrovní hladiny u hráze. Z této podmínky je zřejmé, že kulminace úrovně hladiny u hráze
a maximum odtoku z nádrže musí nastat ve stejný časový okamžik. Simulované PV jsou při
průchodu nádrží silně transformovány a maximální odtok z nádrže je oproti kulminačnímu
maximu PV výrazně snížen. Z tabulky (Tab. 9) lze usuzovat, že rychlost postupu PV horní
53
částí nádrže je pro různé velikosti PV velmi podobná. Se stoupajícím objemem PV pak
narůstá doba potřebná k průchodu dolní částí nádrže. Toto je zřejmě způsobeno větším
transformačním efektem u objemnějších PV. Pro tyto konkrétní podmínky činí doba postupu
kulminační hladiny mezi VD Hněvkovice a VD Orlík v závislosti na velikosti PV 750 800 min. Nutno však podotknouti, že zejména pro simulace s odlišnou počáteční hladinou u
hráze mohou výsledky vycházet zřetelně jinak. Na obrázku (Obr. 37) je zobrazen vývin
úrovní hladin při simulaci PV5 ve sledovaných bodech. Na dalším obrázku (Obr. 38) pak
postup průtokové vlny nádrží.
350.3
350.1
H [m n.m.]
349.9
349.7
349.5
hráz
349.3
m.s. 3
349.1
m.s. 2
348.9
m.s. 1
348.7
1700
1900
2100
2300
čas [min]
2500
2700
Obr. 37 - Vývin úrovně hladiny ve sledovaných bodech.
1500
PV5
1250
hráz
Q [m 3/s]
1000
m.s. 3
m.s. 2
750
m.s. 1
500
250
0
0
500
1000
1500
čas [min]
2000
Obr. 38 - Postup průtokové vlny nádrží ve sledovaných bodech.
54
2500
3.5.6 Simulace č.4
postup dosažený
kul.
postup dosažená
dl.
kul.hl.
kul. hl. úroveň hl. průtok kul. průt. průtok
PV označení úseku
[min]
[min]
[m n.m] [min]
[min]
[m3/s]
[km]
1
PV1
PV2
PV3
PV4
PV5
2
m.s. 1
m.s. 2
Písek
m.s. 5
m.s. 4
m.s. 3
hráz
m.s. 1
m.s. 2
Písek
m.s. 5
m.s. 4
m.s. 3
hráz
m.s. 1
m.s. 2
Písek
m.s. 5
m.s. 4
m.s. 3
hráz
m.s. 1
m.s. 2
Písek
m.s. 5
m.s. 4
m.s. 3
hráz
m.s. 1
m.s. 2
Písek
m.s. 5
m.s. 4
m.s. 3
hráz
3
5,34
10,53
11,85
12,18
16,50
5,34
10,53
11,85
12,18
16,50
5,34
10,53
11,85
12,18
16,50
5,34
10,53
11,85
12,18
16,50
5,34
10,53
11,85
12,18
16,50
4
1140
1140
480
560
1150
1140
1150
1430
1430
730
820
1430
1430
1440
1720
1720
980
1070
1720
1730
1740
1990
1990
1230
1320
1990
2000
2020
2240
2240
1480
1570
2240
2260
2280
5
0
80
590
-10
10
0
90
610
0
10
0
90
650
10
10
0
90
670
10
20
0
90
670
20
20
6
346,44
346,44
348,44
346,44
346,44
346,44
347,20
347,20
349,68
347,19
347,20
347,18
348,05
348,05
350,75
348,05
348,03
348,00
348,93
348,93
351,71
348,93
348,89
348,83
349,81
349,81
352,60
349,81
349,73
349,62
55
7
590
590
480
570
590
590
1120
820
820
730
810
830
870
1440
1050
1060
980
1050
1080
1170
1740
1300
1300
1230
1300
1320
1460
2020
1540
1540
1480
1550
1570
1620
2280
8
0
90
20
0
530
0
80
20
40
570
-10
70
30
90
570
0
70
20
140
560
0
70
20
50
660
9
-73,53
-97,38
500,00
473,55
429,21
234,76
74,35
-129,95
-166,50
750,00
723,76
655,72
348,13
210,32
-166,87
-211,89
1000,00
972,79
889,47
519,48
394,43
-198,11
-248,60
1250,00
1222,41
1127,47
716,24
613,05
-221,60
-276,24
1500,00
1471,48
1368,02
938,03
852,26
Je simulován průchod PV vzniklé na Otavě. Hráz nádrže je v geometrii zavedena a
počáteční hladina je na úrovni kóty koruny pevných přelivů 345,60 m n.m.. Přelivy jsou při
průchodu PV nehrazené a spodní výpusti jsou po celou dobu simulace uzavřeny. Základní
počáteční průtok ve Vltavě je uvažován 30 m3/s a v Otavě 25 m3/s, ostatní přítoky jsou
zanedbány. V tabulce (Tab. 10) jsou uvedeny výsledky simulací.
Tento scénář je velmi podobný předchozímu s tím rozdílem, že je simulován průchod
PV vzniklé na Otavě. Přes hráz je konstantně převáděn základní průtok Otavy a Vltavy
dohromady tedy celkem 55 m3/s. Horní úsek řeky Otavy mezi Pískem a počátkem vzdutí
VD Orlík je schopna překonat PV poměrně v krátké době. Dále PV překonává úsek kde je již
výrazný vliv zatopení nádží Orlík a transformuje se. PV způsobuje podle modelu zpětný
průtok proti směru proudu Vltavy v místech sousedících se zaustěním Otavy do Orlické zdrže.
Dle modelu činí doba postupu pro tyto konkrétní podmínky na úseku dlouhém 50,9 km mezi
Pískem a hrází VD Orlík 670 - 800 min. Je však opět potřebné připomenout, že pro jiné
počáteční podmínky se může doba postupu zřetelně lišit.
3.5.7 Ideové využití
Správnou funkčnost našeho modelu nádrže je potřebné ověřit na základě dat reálně na
nádrži naměřených po dokončení výstavby sítě monitorovacích stanic. Lze očekávat, že bude
nutné za pomoci těchto údajů model přesněji nakalibrovat, tak aby simulace odpovídaly
měřeným hodnotám. Na základě již provedených simulací lze konstatovat zejména
následující. Měřící stanice se uplatní pro monitorování průchodu PV tím více, čím je větší
vlastní PV a především také čím strmější je nárůst jejího průtoku. Při průchodu PV malého
rozsahu lze dále očekávat, že vzhledem k malým rozdílům měřených hladin nebude možno z
naměřených dat vyvozovat směrodatné závěry.
Budoucí vývoj prací by se mohl ubírat podobným směrem jako v případě projektu
RAMFLOOD [7]. V tomto projektu byl za pomoci umělých neuronových sítí (ANN artificial neural networks) sestaven rozhodovací systém, kde jsou jako výstup poskytnuty
koncovému uživateli, po zadání několika jednoduchých vstupních údajů, diagramy mapující
ohrožení vyšetřovaného území zaplavením, hloubky vody a rychlosti v určitých místech a z
toho vyplývající stupeň rizika apod. Vytvoření výstupů je potom velice rychlé, protože ANN
byly předem "naučeny" na výsledcích velkého počtu předem povedených simulacích, které
pokrývají většinu reálných možností průběhu situace. Tato konečná jednoduchost systému
56
potom umožňuje jeho umístění například na internetové stránky. Vybraní uživatelé pak
mohou prakticky odkudkoliv v případě potřeby zjistit velmi rychle potřebné údaje.
Podobný postup by bylo zřejmě možno aplikovat i v případě nádrže Orlík. Nejprve by
bylo nutno vytvořit databázi výsledků široké škály simulací pokrývajících většinu situací,
které mohou na VD Orlík nastat. Bylo by nutno alespoň částečně tyto simulace ověřit
například využitím sítě měřících stanic. Na tomto základním souboru dat by se mohly nechat
"naučit" naše vlastní ANN. Možná by také bylo reálné nalézt ve výsledcích simulací jisté
analogie, které by umožnily sestavit rovnice pro analytické řešení (alternativa k ANN). Takto
zpracovaný by mohl být systém integrován do samostatné aplikace, kde by po zadání
potřebných vstupů (např. úroveň hladiny vody u hráze, průtok před povodní, objem PV aj.)
obdržel uživatel prakticky okamžitě požadovaný výstup (např. maximální dosažený odtok z
nádrže, kulminační úroveň hladiny aj.). Systém by pak mohl být umístěn například na
internetových stránkách s možností přístupu širokého spektra uživatelů s různými
pravomocemi k provádění operací.
57
Závěr
Závěr
Za pomoci specializovaných nástrojů pro zpracování mapových podkladů byl
vytvořen DMT s vysokým rozlišením, pokrývající široké okolí nádrže Orlík. DMT byl dále
schématizován do soustavy příčných profilů, použitelných v programech pro 1D hydraulické
kalkulace proudění. Vytvořený model pracující pod aplikací HEC-RAS se sestává z více než
2100 příčných řezů na řece Vltavě a více než 350 příčných řezů na jejím přítoku Otavě.
Model je použitelný pro řešení široké škály problémů, od definicí charakteristik nádrže, až po
nejrůznější úlohy pracující s hydrodynamikou povodňových vln. Vymodelovaná hráz
VD Orlík je v modelu vybavena ovládacími prvky jako ve skutečnosti což umožňuje
posouzení vlivu různých manipulací na vývoj úrovně hladiny u hráze, objemu odtoku v čase
atd. V rámci dalšího vývoje je uvažováno o propojení modelu nádrže se srážko-odtokovým
modelem. Tato implementace by umožnila výrazné zpřesnění vstupů pro simulace reálných
minulých, či teprve budoucích situací.
Byla ověřována vylepšená metoda vyhodnocování bilančního přítoku do nádrže. Za-
tímco klasická, běžně užívaná metoda, využívá jako vstupy úrovně hydrostatických hladin
vody v nádrži, nová metoda pracuje s reálným tvarem hladiny v celém podélném profilu nádrže v daný časový okamžik. Aby bylo možno tyto podélné profily hladin získat, je nutno provést simulace průchodu vyšetřované povodňové vlny nádrží. K tomuto účelu lze s výhodou
použít náš model nádrže Orlík. Metoda vyhodnocení jejíž princip je v textu podrobně rozebrán, byla otestována na zatím největší povodňové události, která na VD Orlík nastala tedy
povodni ze srpna 2002. V případě této povodně je nutno brát v úvahu i další faktory nejistot,
které mohly ovlivnit výsledné výpočty a které se zpracovatel pokusil alespoň částečně kvantifikovat. Při porovnání výsledků obdržených různými metodami vyhodnocení bilančního přítoku byl vysledovat jistý trend a to že rozdíl mezi výsledky metody klasické a metody nové se
zvyšuje tím více čím se jedná o větší absolutní hodnoty bilančního přítoku. Ve svém maximu
činí rozdíl přibližně 5%. Ačkoliv byla v počátcích přístupu k problému intuitivně očekávána
procentuální hodnota rozdílu větší, zdá se že nová metoda je použitelná a podává výsledky
přesnější než ta klasicky užívaná. Má však ty nedostatky, že je mnohem náročnější na objem
potřebných vstupních dat a i její vyhodnocení je časově náročnější a obtížnější. Zdá se že
zpřesnění metody se pozitivně projeví zejména na velmi dlouhých nádržích při velkých povodňových epizodách.
58
Závěr
Byl proveden rozbor vlivu plánovaného navýšení úrovně maximální povolené hladiny
vody na VD Orlík. Podle provedených simulací je zřejmé, že rozdíl mezi uvažovanou
hydrostatickou a hydrodynamickou hladinou vody v nádrži může zejména v její horní části
dosahovat poměrně vysokých hodnot. Také rozdíl v rozsahu zatopení území přiléhajícího k
nádrži může být v případě záměny hladiny hydrodynamické za hydrostatickou velmi
významný. Naopak se ukázalo, že rozdíly v horní části nádrže mezi úrovní hladiny příslušející
hydrodynamickému vzdutí a volnou hladinou nezasaženou vlivem Orlické zdrže lze prakticky
zanedbat.
V poslední části práce byly analyzovány výsledky několika scénářů simulací průchodů
povodňových vln Orlickou zdrží. Při simulaci průchodu povodňové vlny nádrží při jejím
plném retenčním objemu dochází ke značnému urychlení jejího postupu. Povodňová vlna se
téměř netransformuje a její průtokové maximum zůstává při postupu nádrží podobné. Taková
povodňová vlna je schopna urazit 68,5 km dlouhý úsek mezi hrází VD Hněvkovice a hrází
VD Orlík za 180 - 230 minut. Další scénář posuzoval postup povodňové vlny předem
předvyprázdněnou nádrží. V tomto procesu lze obtížně nalézt konkrétní přímé závislosti,
avšak podobný scenář by mohl být v reálné situaci užitečný pokud bychom se připravovali na
nadcházející povodňovou situaci a měli určitým způsobem předvyprázdněnou nádrž. Pak by
se za pomoci modelu dala nasimulovat a sledovat například rychlost stoupání hladiny v
závislosti na postupném plnění nádrže. Poslední typ simulací uvažoval průchod povodňových
vln z Vltavy a poté i z Otavy za předpokladu, že odtok z nádrže je nekontrolovaný a jeho
velikost je určována pouze výškou přepadového paprsku na pevných přelivech na hrázi. Pro
dané podmínky může doba postupu kulminační hladiny mezi VD Hněvkovice a hrází VD
Orlík v závislosti na velikosti povodňové vlny činit 750 - 800 min. Na Otavě pak postupová
doba kulminační hladiny mezi Pískem a hrází VD Orlík může činit 670 - 800 min. Správnou
funkčnost modelu je potřebné ověřit na základě dat reálně na nádrži naměřených pomocí sítě
monitorovacích stanic. Lze očekávat, že také bude nutné za pomoci těchto údajů model
přesněji nakalibrovat, tak aby simulace věrně odpovídaly měřeným hodnotám. Měřící stanice
se uplatní pro monitorování průchodu PV tím více, čím je větší vlastní PV a především také
čím strmější je nárůst jejího průtoku. Při průchodu PV malého rozsahu lze dále očekávat, že
vzhledem k malým rozdílům měřených hladin nebude možno z naměřených dat vyvozovat
směrodatné závěry.
59
Závěr
Budoucí vývoj práce by se mohl ubírat směrem vytvoření samostatného
rozhodovacího systému nezávislého na modelu nádrže. Základem je vytvoření databáze
výsledků široké škály simulací pokrývajících většinu situací, které mohou na VD Orlík nastat.
Na základě tohoto souboru dat by se mohly nechat "naučit" umělé neuronové sítě, nebo by se
mohla nalézt vhodná analytická řešení. Takto zpracovaný by mohl být systém umístěn
například na internetových stránkách, kde by po zadání základních vstupu popisujících danou
situaci obdržel uživatel téměř okamžitě řešení požadovaného problému.
60
Přílohy
Přílohy
I. Pasport VD Orlík
Orlík
Tok:
Vltava
PROVOZOVATEL: Povodí Vltavy, s.p. - závod
Dolní Vltava, Grafická 36, 150 24 Praha 5
ř.km :
Druh VD:
144.65
přehrada
HRÁZ
hráz
materiál
kóta koruny
délka koruny
v. nad zákl.
v. nade dnem
šířka koruny
výšk. systém
tížná
betonová
361,10 m n.m.
450 m
90,5 m
81,5 m
12,3 m
BpV
ROZDĚLENÍ PROSTORU NÁDRŽE
období
pr. st. nadrž.
zásobní pr.
vyrovnáv. pr.
ochr. ovl. pr.
ochr.neovl.pr.
celkový pr.
celý rok
283,60
329,60
-
351,20
-
283,60
max. kóta
celý rok
329,60
351,20
-
353,60
-
353,60
objem
celý rok
280
374,428
-
62,072
-
716,50
zatopená pl.
celý rok
1 172
2 468,20
-
2 732,70
-
2 732,70
min. kóta
PARAMETRY VD
SPA na odtoku z vodního díla
kat. TBD
neškodný pr.
min. odtok
plav. zařízení
I.
1 500 m3/s
40 m3/s
plošinový vůz
pro Prahu
profil Vrané
SPODNÍ VÝPUSTI
I.
II.
III.
950
1 500
vodní st. (cm)
Q (m3/s)
610
max. kap. výpustí při plném
uzávěry
otevření
počet
rozměry
návodní
provozní
provizorní
kóta osy výp.
kóta hladiny
průtok (m3/s)
2
DN 4000 mm
tab. rychlouz.
jehl. , Johnson
hradidla
288,6
353,60
370,99
max. kap. výpustí při plném
BEZPEČNOSTNÍ PŘELIVY
otevření
typ/poč. přel.
k.kor.pevn.př.
hrazená výška
délka 1 pole
hradící uzáv.
proviz. uzáv.
kóta hladiny
přepad (m3/s)
korunový / 3
345,60
8m
15 m
segment
hradidla
353,60
2 184
ELEKTRÁRNA
umístění
tyl elektrárny
typ turbíny
max.pr. přes t.
min.pr. přes t.
max. spád
min. spád
instal. výkon
levý břeh
špičková
4 x Kaplan
4 x 150 m3/s
40 m3/s
71,5 m
45 m
4 x 91 MW
HYDROLOGIE ( data ČHMÚ ze dne 14.6.1991; vyhodnocení pro období 1931-1980 )
n-leté
1
2
5
10
20
50
100
Qn (m3/s)
498
688
966
1 190
1 440
1 770
2 050
m-denní
30
90
120
180
270
355
364
Qm (m3/s)
178
100
83
61
38
17
11
pozn.
nejvyšší dosažená hladina 355,17 m.n.m. (08/2002)
61
Přílohy
II. Hydrologické poměry
Hydrologické údaje, odvozené pro přehradní profil nádrže Orlík, poskytl ČHMÚ, pobočka České Budějovice, dopisem čj. 745/91 ze dne 14.6.1991.
Údaje jsou vyhodnoceny pro období 1931 - 1980 a jsou II. třídy.
Hydrologické údaje, charakterizující přítoky do nádrže poskytl ČHMÚ, pobočka České Budějovice, dopisem čj. 1093/93 ze dne 18.11.1993.
Hydrologické údaje, charakterizující průtoky v Praze, poskytl ČHMÚ Praha dne
30.11.1993.
Vltava - přehradní profil VD Orlík - hráz
číslo hydrologického pořadí 1-08-05-009
2
plocha povodí
12 105,96
km
průměrný roční úhrn srážek 705 mm
průměrný dlouhodobý roční průtok 83,5 m3s-1
M-denní průtoky (QMd) m3s-1
M
30
60
90 120 150 180 210 240 270 300 330 355 364
QMd 178,0 127,1 100,0 83,4 70,7 60,7 52,4 45,0 38,3 31,9 25,0 17,3 11,3
N-leté průtoky (QN) m3s-1
N
1
2
5
10
20
50
100
QN 498 688 966 1190 1140 1770 2050
Vltava - nad Lužnicí
2
plocha povodí
3 594,2
km
M
30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 355 364
QMd 65,4 46,9 37,4 31,2 26,5 22,8 19,7 16,9 14,4 12,0 9,35 6,45 4,11
N
1
2
5
10
20
50 100
QN 201 273 378 463 553 677 777
62
Přílohy
Vltava – pod Lužnicí
2
plocha povodí
7 820,32
km
M
30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 355 364
QMd 119 84,9 67,2 55,5 46,9 40,0 34,2 29,1 24,5 20,0 15,30 10,1 6,04
N
1
2
5
10
20
50
100
QN 322 435 597 726 862 1050 1201
Vltava – nad Otavou
2
plocha povodí
8 146,34
km
M
30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 355 364
QMd 122 86,6 68,5 56,5 47,4 40,6 34,7 29,5 24,8 20,2 15,5 10,2 6,08
N
1
2
5
10
20
50
100
QN 332 448 615 748 888 1082 1237
VÝPAR Z VODNÍ HLADINY
Předpokládaný výpar z hladiny nádrže Orlík
roční
590 mm
v jednotlivých měsících v mm
leden
únor
březen
duben
květen
červen
15
15
30
60
65
95
červenec
srpen
září
říjen
listopad
prosinec
100
90
60
30
15
15
63
Přílohy
III. ZAŘÍZENÍ PRO SLEDOVÁNÍ PŘÍTOKŮ DO NÁDRŽE
limnigrafické stanice sítě ČHMÚ :
•
•
•
•
•
České Budějovice
Bechyně na Lužnici
Písek na Otavě
Dolní Ostrovec na Lomnici
Varvažov na Skalici
(stanice č. 1151, ČHP 1-06-03-001-01)
(stanice č. 1330, ČHP 1-07-04-112-01)
(stanice č. 1510, ČHP 1-08-03-101-01)
(stanice č. 1520, ČHP 1-08-04-029-01)
(stanice č. 1530, ČHP 1-08-04-064-01)
64
Přílohy
IV. Základní charakteristiky nádrže
Charakteristiky udávané manipulačním řádem
Kóta
Plocha
[m n.m.] [tis. m2]
279.60
279.70
279.80
279.90
280.00
280.50
281.00
281.50
282.00
282.50
283.00
283.50
284.00
284.50
285.00
285.50
286.00
286.50
287.00
287.50
288.00
288.50
289.00
289.50
290.00
290.50
291.00
291.50
292.00
292.50
293.00
293.50
294.00
294.50
295.00
295.50
296.00
296.50
297.00
297.50
298.00
298.50
299.00
299.50
300.00
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
180.0
280.0
380.0
480.0
580.0
680.0
780.0
880.0
980.0
1084.8
1190.8
1296.8
1402.8
1508.8
1614.8
1720.8
1826.8
1932.8
2038.8
2150.4
2263.4
2376.4
2489.4
2602.4
2715.4
2828.4
2941.4
3054.4
3167.4
3280.4
3393.4
3506.4
3619.4
3732.4
3845.4
3958.4
4071.4
4184.4
4297.4
4415.6
Objem
[mil. m3]
0.0000
0.0010
0.0040
0.0090
0.0160
0.0810
0.1960
0.3610
0.5760
0.8410
1.1560
1.5210
1.9360
2.4010
2.9170
3.4859
4.1078
4.7827
5.5106
6.2915
7.1254
8.0123
8.9522
9.9451
10.9921
12.0955
13.2555
14.4719
15.7449
17.0743
18.4603
19.9027
21.4017
22.9571
24.5691
26.2375
27.9625
29.7439
31.5819
33.4763
35.4273
37.4347
39.4987
41.6191
43.7971
Kóta
Plocha
Objem
[m n.m.] [tis. m2] [mil. m3]
300.50
301.00
301.50
302.00
302.50
303.00
303.50
304.00
304.50
305.00
305.50
306.00
306.50
307.00
307.50
308.00
308.50
309.00
309.50
310.00
310.50
311.00
311.50
312.00
312.50
313.00
313.50
314.00
314.50
315.00
315.50
316.00
316.50
317.00
317.50
318.00
318.50
319.00
319.50
320.00
320.50
321.00
321.50
322.00
322.50
4535.1
4654.6
4774.1
4893.6
5013.1
5132.6
5252.1
5371.6
5491.1
5610.6
5730.1
5849.6
5969.1
6088.6
6208.1
6327.6
6447.1
6566.6
6686.1
6807.2
6928.7
7050.2
7171.7
7293.2
7414.7
7536.2
7657.7
7779.2
7900.7
8014.2
8125.7
8237.2
8348.7
8460.2
8571.7
8683.2
8794.7
8906.2
9017.7
9147.2
9281.2
9415.2
9549.2
9683.2
9817.2
65
46.0348
48.3322
50.6894
53.1063
55.5830
58.1194
60.7156
63.3715
66.0872
68.8626
71.6978
74.5927
77.5474
80.5618
83.6360
86.7699
89.9636
93.2170
96.5302
99.9034
103.3374
106.8321
110.3876
114.0038
117.6808
121.4185
125.2170
129.0762
132.9962
136.9753
141.0103
145.1010
149.2475
153.4497
157.7077
162.0214
166.3909
170.8161
175.2971
179.8374
184.4445
189.1186
193.8597
198.6678
203.5429
Přílohy
Kóta
Plocha
[m n.m.] [tis. m2]
323.00
323.50
324.00
324.50
325.00
325.50
326.00
326.50
327.00
327.50
328.00
328.50
329.00
329.50
330.00
330.50
331.00
331.50
332.00
332.50
333.00
333.50
334.00
334.50
335.00
335.50
336.00
336.50
337.00
337.50
338.00
338.50
339.00
339.50
340.00
340.50
341.00
341.50
342.00
342.50
343.00
343.50
344.00
344.50
345.00
345.50
9951.2
10085.2
10219.2
10353.2
10487.2
10621.2
10755.2
10889.2
11023.2
11157.2
11291.2
11425.2
11559.2
11693.2
11894.2
12111.9
12329.7
12547.4
12765.2
12982.9
13200.6
13418.4
13636.1
13853.9
14083.2
14315.5
14547.7
14780.0
15012.2
15244.5
15476.8
15709.0
15941.3
16173.5
16492.2
16832.5
17172.8
17513.0
17853.3
18193.6
18533.8
18874.1
19214.4
19554.6
19900.6
20248.0
Objem
[mil. m3]
208.4850
213.4941
218.5702
223.7133
228.9234
234.2005
239.5446
244.9557
250.4338
255.9789
261.5910
267.2701
273.0162
278.8293
284.7228
290.7244
296.8348
303.0540
309.3822
315.8192
322.3651
329.0198
335.7834
342.6559
349.6396
356.7393
363.9551
371.2870
378.7351
386.2993
393.9796
401.7760
409.6886
417.7173
425.8794
434.2106
442.7119
451.3834
460.2250
469.2367
478.4185
487.7705
497.2926
506.9849
516.8484
526.8856
Kóta
Plocha Objem
[m n.m.] [tis. m2] [mil. m3]
346.00
346.50
347.00
347.50
348.00
348.50
349.00
349.50
350.00
350.10
350.20
350.30
350.40
350.50
350.60
350.70
350.80
350.90
351.00
351.10
351.20
351.30
351.40
351.50
351.60
351.70
351.80
351.90
352.00
352.10
352.20
352.30
352.40
352.50
352.60
352.70
352.80
352.90
353.00
353.10
353.20
353.30
353.40
353.50
353.60
20632.7
21026.7
21344.7
21643.7
22021.8
22419.6
22829.6
23242.7
23653.8
23735.9
23818.1
23900.2
23982.3
24064.5
24146.6
24235.8
24324.9
24414.1
24503.2
24592.4
24681.6
24770.7
24859.9
24949
25038.2
25129
25219.8
25310.6
25401.4
25492.1
25582.9
25673.7
25764.5
25855.3
25946.1
26084.1
26222.2
26360.2
26498.3
26636.3
26774.3
26912.4
27050.4
27188.5
27326.5
66
537.1039
547.5187
558.1154
568.8625
579.7749
590.8853
602.1970
613.7151
625.4393
627.8088
630.1865
632.5724
634.9665
637.3688
639.7794
642.1985
644.6266
647.0635
649.5094
651.9641
654.4278
656.9005
659.3820
661.8724
664.3718
666.8802
669.3976
671.9241
674.4597
677.0044
679.5581
682.1210
684.6929
687.2739
689.8639
692.4655
695.0808
697.7099
700.3528
703.0095
705.6801
708.3644
711.0626
713.7745
716.5002
Přílohy
Charakteristiky udávané firmou GEFOS
a charakteristiky určené z DMT
GEFOS
DMT
Kóta
[m n.m.]
Plocha
[tis. m2]
Kóta
[m n.m.]
Plocha
[tis. m2]
Kóta
[m n.m.]
Plocha
[tis. m2]
Objem
[mil. m3]
350.10
350.20
350.30
350.40
350.50
350.60
350.70
350.80
350.90
351.00
351.10
351.20
351.30
351.40
351.50
351.60
351.70
351.80
351.90
352.00
352.10
352.20
352.30
352.40
352.50
352.60
352.70
352.80
352.90
353.00
19401.4
20061.5
21154.9
21799.8
22361.8
22956.4
23530.7
23947.6
24038.3
24136.0
24198.3
24269.3
24331.6
24394.1
24562.2
24626.5
24689.6
24753.0
24816.3
24879.5
24948.6
25012.9
25095.4
25165.2
25232.4
25304.8
25375.2
25449.1
25518.5
25605.3
353.10
353.20
353.30
353.40
353.50
353.60
353.70
353.80
353.90
354.00
354.10
354.20
354.30
354.40
354.50
354.60
354.70
354.80
354.90
355.00
355.10
355.20
355.30
355.40
355.50
355.60
355.70
355.80
355.90
356.00
25671.2
25738.3
25804.7
25870.6
25935.4
26001.9
26069.3
26134.6
26202.8
26270.2
26348.6
26416.6
26482.5
26549.6
26615.0
26684.5
26751.5
26820.9
26887.9
26962.5
27033.8
27102.3
27169.6
27254.1
27334.4
27400.8
27467.9
27534.0
27600.2
27666.4
282.00
285.00
290.00
295.00
300.00
305.00
310.00
315.00
320.00
325.00
330.00
335.00
340.00
345.00
350.00
351.00
352.00
352.50
353.00
353.60
354.00
354.50
355.00
355.50
356.00
320.3
842.3
2019.8
3113.2
4539.0
5739.6
6856.7
7927.6
9045.8
10355.7
12246.2
14898.7
17367.6
20506.5
24119.1
25056.4
25923.5
26373.4
26829.6
27394.6
27780.4
28284.5
28865.2
29441.9
29947.4
0.1890
1.8580
8.7135
21.4505
40.3086
65.9110
97.2853
134.1635
176.5143
224.9167
281.0890
348.1825
428.5943
522.6075
633.3401
657.9574
683.4502
696.5251
709.8251
726.0910
737.1252
751.1404
765.4255
780.0260
794.8719
67
Přílohy
V. Měrné křivky přelivů
Q [m3.s-1]
Kóta
h [m]
[m n.m.]
1 pole 2 pole 3 pole
345.60
345.70
345.80
345.90
346.00
346.10
346.20
346.30
346.40
346.50
346.60
346.70
346.80
346.90
347.00
347.10
347.20
347.30
347.40
347.50
347.60
347.70
347.80
347.90
348.00
348.10
348.20
348.30
348.40
348.50
348.60
348.70
348.80
348.90
349.00
349.10
349.20
349.30
349.40
349.50
349.60
349.70
349.80
349.90
350.00
350.10
350.20
350.30
350.40
350.50
350.60
350.70
350.80
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
1.10
1.20
1.30
1.40
1.50
1.60
1.70
1.80
1.90
2.00
2.10
2.20
2.30
2.40
2.50
2.60
2.70
2.80
2.90
3.00
3.10
3.20
3.30
3.40
3.50
3.60
3.70
3.80
3.90
4.00
4.10
4.20
4.30
4.40
4.50
4.60
4.70
4.80
4.90
5.00
5.10
5.20
0.0
0.7
2.0
3.8
6.0
8.5
11.3
14.3
17.7
21.3
25.2
29.3
33.6
38.2
42.9
47.9
53.1
58.5
64.2
70.0
76.0
82.2
88.5
95.1
102.0
109.0
116.0
123.0
131.0
138.0
146.0
154.0
162.0
171.0
179.0
188.0
196.0
205.0
214.0
224.0
233.0
243.0
252.0
262.0
272.0
283.0
293.0
303.0
314.0
325.0
336.0
347.0
358.0
0.0
1.4
4.1
7.7
12.0
16.9
22.5
28.7
35.4
42.6
50.3
58.5
67.2
76.3
85.9
95.9
106.0
117.0
128.0
140.0
152.0
154.0
177.0
190.0
204.0
218.0
232.0
246.0
261.0
277.0
292.0
308.0
324.0
341.0
358.0
375.0
393.0
411.0
429.0
447.0
466.0
486.0
505.0
525.0
545.0
565.0
586.0
607.0
628.0
650.0
672.0
694.0
716.0
Q [m3.s-1]
Kóta
h [m]
[m n.m.]
1 pole 2 pole 3 pole
0.0
2.1
6.1
11.5
17.9
25.4
33.8
43.0
53.1
63.9
75.5
87.8
101.0
114.0
129.0
144.0
159.0
176.0
192.0
210.0
228.0
246.0
266.0
285.0
306.0
326.0
348.0
370.0
392.0
415.0
438.0
462.0
487.0
512.0
537.0
563.0
589.0
616.0
643.0
671.0
700.0
728.0
757.0
787.0
817.0
848.0
879.0
910.0
942.0
975.0
1007.0
1041.0
1074.0
350.90
351.00
351.10
351.20
351.30
351.40
351.50
351.60
351.70
351.80
351.90
352.00
352.10
352.20
352.30
352.40
352.50
352.60
352.70
352.80
352.90
353.00
353.10
353.20
353.30
353.40
353.50
353.60
353.70
353.80
353.90
354.00
354.10
354.20
354.30
354.40
354.50
354.60
354.70
354.80
354.90
355.00
355.10
355.20
355.30
355.40
355.50
355.60
355.70
355.80
355.90
356.00
68
5.30
5.40
5.50
5.60
5.70
5.80
5.90
6.00
6.10
6.20
6.30
6.40
6.50
6.60
6.70
6.80
6.90
7.00
7.10
7.20
7.30
7.40
7.50
7.60
7.70
7.80
7.90
8.00
8.10
8.20
8.30
8.40
8.50
8.60
8.70
8.80
8.90
9.00
9.10
9.20
9.30
9.40
9.50
9.60
9.70
9.80
9.90
10.00
10.10
10.20
10.30
10.40
369.0
381.0
393.0
404.0
416.0
428.0
441.0
453.0
465.0
478.0
491.0
504.0
517.0
530.0
543.0
557.0
570.0
584.0
598.0
611.0
626.0
640.0
654.0
669.0
683.0
698.0
713.0
728.0
742.8
758.0
773.3
788.8
804.1
820.1
836.0
852.0
867.9
884.2
900.6
917.0
933.5
950.1
967.0
983.9
1001.0
1018.2
1035.4
1052.9
1070.3
1087.9
1105.6
1123.6
739.0
762.0
785.0
809.0
833.0
857.0
881.0
906.0
931.0
956.0
981.0
1007.0
1033.0
1060.0
1086.0
1113.0
1140.0
1167.0
1195.0
1223.0
1251.0
1280.0
1308.0
1337.0
1366.0
1396.0
1425.0
1455.0
1486.0
1516.0
1547.0
1578.0
1609.0
1640.0
1672.0
1704.0
1736.0
1768.0
1801.0
1834.0
1867.0
1900.0
1934.0
1968.0
2002.0
2036.0
2071.0
2106.0
2141.0
2176.0
2211.0
2247.0
1108.0
1143.0
1178.0
1213.0
1249.0
1285.0
1322.0
1359.0
1396.0
1434.0
1472.0
1511.0
1550.0
1589.0
1629.0
1670.0
1710.0
1751.0
1793.0
1834.0
1877.0
1919.0
1962.0
2006.0
2049.0
2094.0
2138.0
2183.0
2228.0
2274.0
2320.0
2366.0
2413.0
2460.0
2508.0
2556.0
2604.0
2653.0
2702.0
2751.0
2801.0
2850.0
2901.0
2952.0
3003.0
3054.0
3106.0
3159.0
3211.0
3264.0
3317.0
3371.0
Přílohy
VI. Měrné křivky spodních výpustí
Kóta
[m n.m.]
Q
1
290.00
291.00
292.00
293.00
294.00
295.00
296.00
297.00
298.00
299.00
300.00
301.00
302.00
303.00
304.00
305.00
306.00
307.00
308.00
309.00
310.00
311.00
312.00
313.00
314.00
315.00
316.00
317.00
318.00
319.00
320.00
321.00
322.00
323.00
27.2
35.6
42.4
48.2
53.4
58.2
62.5
66.6
70.5
74.1
77.6
81.0
84.2
87.3
90.2
93.1
95.9
98.6
101.0
104.0
106.0
109.0
111.0
114.0
116.0
118.0
120.0
123.0
125.0
127.0
129.0
131.0
133.0
135.0
[m3.s-1]
[m3.s-1]
Q
2
Kóta
[m n.m.]
1
2
54.4
71.2
84.8
96.5
107.0
116.0
125.0
133.0
141.0
148.0
155.0
162.0
168.0
175.0
180.0
186.0
192.0
197.0
203.0
208.0
213.0
218.0
222.0
227.0
232.0
236.0
241.0
245.0
249.0
254.0
258.0
262.0
266.0
270.0
324.00
325.00
326.00
327.00
328.00
329.00
330.00
331.00
332.00
333.00
334.00
335.00
336.00
337.00
338.00
339.00
340.00
341.00
342.00
343.00
344.00
345.00
346.00
347.00
348.00
349.00
350.00
351.00
352.00
353.00
353.60
354.00
355.00
356.00
137.0
139.0
141.0
142.0
144.0
146.0
148.0
150.0
151.0
153.0
155.0
157.0
158.0
160.0
162.0
163.0
165.0
166.0
168.0
170.0
171.0
173.0
174.0
176.0
177.0
179.0
180.0
182.0
183.0
185.0
185.0
187.4
188.8
190.2
274.0
277.0
281.0
285.0
289.0
292.0
296.0
299.0
303.0
306.0
310.0
313.0
317.0
320.0
323.0
326.0
330.0
333.0
336.0
339.0
342.0
345.0
348.0
351.0
354.0
357.0
360.0
363.0
366.0
369.0
371.0
374.7
377.6
380.4
69
Přílohy
VII. Schéma měřící stanice
70
Přílohy
VIII. Zaměřené stopy po povodni 2002
OTX_L_001
ř.km. 0,7
nadmořská výška 355,94 m n.m.
- Zvíkov - Otava - Kovová značka (oválná) na podezdívce objektu Pov. Vltavy
(rekreační) pod 1. schodem zleva s nápisem
OTX_L_002
ř.km. 5,1
- ČRS- Štědronín - Plazy - Budova Českého rybářského svazu (ČRS), žádná
značka!!!. Maximální hladina –
2cm nad soklem budovy (el. rozvaděčem).
OTX_P_003
ř.km. 20,6
- Vrcovice – Vojníkov – „U Caisů“- Spodní část budovy restaurace U Caisů (u cesty
podle vody), horní hrana červené
rysky (sprej) přes levý dolní pant 2. vrat zleva.
VL2_P_001
ř.km. 148,0
- Trhovky – kemp - Černá ryska na obou stranách ostění dveří do vodárny kempu – ze
strany od vody.
VL2_P_002
ř.km. 154,0
- Radava, kemp - Mosazná značka v lokále na sloupu v dřevěné hospodě s cedulí
„Lékárna“.
VL2_P_003
ř.km. 157,1
- Přístav Quarter - Horní hrana červené rysky na podezdívce objektu přístavu „Zámek
Orlík“– po levé straně cesty jdoucí od kiosku směrem k dolním přístavištím.
VL2_L_004
ř.km. 170,4
nadmořská výška
- Zvíkov – přístav Povodí Vltavy - Přístav Povodí Vltavy – značka na levém rohu
provozní budovy (dole na obkladu soklu).
VL2_P_005
ř.km. 182,0
- Podolsko – buňka Povodí Vltavy - Přístav Povodí Vltavy – bezprostředně pod přísta
vem OLD (firma Quarter) horní hrana modře zbarvené stěny mobilní buňky – podobné
stopy i na chatce.
VL2_L_006
ř.km. 191,8
- Kemp U Řežábka – Jehnědno (Lipovsko) - Kemp U Řežábka u Jedhnědna – příjezd
po cestě z Jehnědna, za vjezdem do kempu vlevo dolů po cestě – chata č. 6.
71
72
1000
500
349.00
348.00
hladina v nádrži
bilanční přítok do nádrže
odtok z nádrže
347.00
0
05/08/ 06/08/ 07/08/ 08/08/ 09/08/ 10/08/ 11/08/ 12/08/ 13/08/ 14/08/ 15/08/ 16/08/ 17/08/ 18/08/ 19/08/ 20/08/ 21/08/
1500
350.00
2500
3000
3500
4000
2000
Qmax = 3100 m3.s-1
Qmax = 3900 m3.s-1
Hmax = 355,17 m n.m.
4500
351.00
352.00
353.00
354.00
355.00
356.00
Přílohy
IX. Průběh povodně 2002 na hrázi VD Orlík
Q (m3.s-1)
H (m n.m.)
Seznam literatury
Seznam literatury
[1] Novák, P., 1966. Výzkum postupu povodňových vln na Vltavské kaskádě. Závěrečná
zpráva, část I. Číslo úkolu S-R-30-320; VÚV 3080.
[2] Krejčí, J., Zezulák, J., 2003. Vyhodnocení povodně v srpnu 2002 z pohledu průchodu povodňové vlny Vltavskou kaskádou. 3. etapa Vyhodnocení katastrofální povodně v srpnu
2002. Nositel VÚV TGM.
[3] Sklenář, P., Mareš, K., Marešová, I., 2005. Uncertainty in Assessment of Peak Flows of
Extreme Flood Events. Proceedings of 3rd International Conference on Flood Defence,
Nijmegen, 25.-27.5. 2005, Nijmegen.
[4] Povodí Vltavy, státní podnik, 2002. Manipulační řád pro vodní dílo Orlík na Vltavě
[5] Broža, V., 2002. Výpočet přítoku do nádrže Orlík za mimořádné povodně v srpnu 2002.
[6] Broža, V., 2002. Analýza možností Vltavské kaskády pro omezení důsledků povodní pro
hlavní město Prahu.
[7] Castellet, E.I.B., Valentín, M.G., Ripollés, J.D., 2006. Decision support system for flood
risk assessment and management. 7th International Conference on Hydroinformatics
HIC 2006, Nice, France.
73

Využití modelování průchodu povoďňových vln v operativním řízení

Transkript

Podobné dokumenty

souhrnná zpráva

Diplomová práce – Využití leteckého laserového skenování

Technická zpráva - Podkladová analýza pro následnou realizaci

Hydrologický model drenážního systému