Souhrn

Projekt Strategie ochrany před negativními dopady povodní a erozními jevy přírodě blízkými opatřeními v České republice řeší komplexně možnosti zvýšení retence vody v krajině. Příspěvek stručně popisuje dva z nástrojů pro analýzy a návrhy: použití metody CN křivek a srážkoodtokové modelování.

Úvod

Jedním ze stěžejních cílů projektu Strategie ochrany před negativními vlivy povodní a erozními jevy přírodě blízkými opatřeními v ČR je snížení výšky přímého odtoku při přívalových srážkách, popř. transformace povodňových vln v nádržích. Na základě analýz současného stavu odtokových poměrů byly identifikovány problematické oblasti, ve kterých byl navržen soubor opatření a posléze posouzena jeho efektivita.

Analýza odtokových poměrů

Vyhodnocení odtokových poměrů v povodích ČR před návrhy opatření spočívalo ve vytvoření gisových vrstev hodnot CN (čísla odtokových křivek), směrů odtoku a akumulace odtoku. Dále byla vyhodnocena potenciální retence A (mm), výšky přímého odtoku Ho (mm) a objemy přímého odtoku Oph (m3) při návrhových srážkách pro povodí III. a IV. řádu. Tím byly připraveny podklady pro návrhy retenčních prostor, vyhodnocení změn odtokových poměrů po návrzích opatření a podklady pro detailní posouzení efektů navržených opatření.

K určení možné retence území byly využity vrstvy CN hodnot ve třech stupních předchozího nasycení povodí. Pro území ČR byla vytvořena souvislá vrstva způsobu využití území, jejímž základem byla geodatabáze půdních bloků LPIS rozšířená o vrstvu PUPFL (pozemky určené pro plnění funkce lesa) a doplněná daty ze ZABAGEDu. Vrstva způsobu využití území byla prolnuta s vrstvou hydrologických skupin půd.

Konkrétní hodnoty pro výchozí vrstvu CN II (střední stupeň nasycení) jsou obsaženy v tabulce 1. Pro ornou půdu byly hodnoty CN rozlišeny pro dvě varianty: detail a povodí. Pro variantu detail byly použity poměrně vysoké hodnoty (možnost souběhu nepříznivých osevních postupů na celém povodí) a tato varianta je využívána pro analýzy malých povodí s plochou do 10 km2. Pro variantu povodí byla hodnota CN snížena – odpovídá průměru pro širokořádkové plodiny a úzkořádkové plodiny.

Tabulka 1. Hodnoty CN II pro jednotlivé způsoby využití území a hydrologické skupiny půd (HSP)
Table 1. Values of CN II for different land­‑use and hydrological soil groups (HSP)
Stehlik-tabulka-1

Hodnoty uvedené v tabulce jsou platné pro střední stupeň Indexu předchozích srážek (IPS II). IPS je určován na základě 5denního úhrnu předcházejících srážek. IPS I je „suchý“ a určuje stav, který ještě umožňuje uspokojivou orbu a obdělávání (kumulativní úhrn srážek za 5 dní dosáhl méně než 36 mm). IPS II je „střední“ a bývá uvažován pro návrhové účely (kumulativní úhrn srážek za 5 dní dosáhl 36 až 53 mm). IPS III je „mokrý“ a vyjadřuje stav přesycení předcházejícími dešti (kumulativní úhrn srážek za 5 dní dosáhl více než 53 mm).

Hodnoty CN I (pro IPS I) a CN III (pro IPS III) byly odvozeny na základě hodnot CN II v prostředí ArcGIS Raster Calculator podle vzorců uváděných Janečkem a Kovářem [1]:

  • CN I = CN II / (2,334 – 0,011334 CN II),
  • CN III = CN II / (0,4036 + 0,005964 CN II).

 Stehlik-1

Obr. 1. Hodnoty CN II ve variantě „detail“ u orné půdy
Fig. 1. CN II values in a variant „detail“ by arable land

Na základě porovnání objemů přímého odtoku pro současný stav využití území s objemy přímého odtoku pro návrhový stav s protierozními opatřeními v jednotlivých povodích lze stanovit, jaký mají navrhovaná opatření vliv na změnu odtokových poměrů [2]. Nezbytnou součástí ochrany před přívalovými povodněmi je tedy také komplexní protierozní ochrana půdy [3, 4].

Tabulka 2. Hodnoty CN II pro opatření na orné půdě a hydrologické skupiny půd (HSP)
Table 2. Values of CN II for measures on arable land and hydrological soil groups (HSP)
Stehlik-tabulka-2

Posouzení kritických bodů srážkoodtokovými modely

Hodnoty CN posloužily mimo jiné pro výpočet povodňových vln v profilech tzv. kritických bodů, představujících nebezpečí ohrožení intravilánu při přívalových srážkách. V rámci projektu bylo posuzováno celkem 490 kritických bodů v územích kategorie A a B. V potenciálně nejohroženějších povodích kritických bodů byla provedena terénní šetření, významnost kritických bodů byla diskutována s místní samosprávou a byla navržena opatření pro zmírnění možných následků přívalových srážek.

Pro 226 kritických bodů byly sestaveny srážkoodtokové modely v prostředí HEC­‑HMS. V každém modelu jsou k dispozici výpočty pro stávající stav a návrhový stav řešeného povodí. Při vytváření modelů byla použita metodika podle ČHMÚ [5, 6]. Výpočet objemu přímého odtoku tedy využívá metodu CN­‑křivek, transformace přímého odtoku metodu jednotkového hydrogramu podle Clarka a postup povodňové vlny v říčních úsecích metodu Muskingum. Zatížení modelů proběhlo návrhovými dvacetiletými a stoletými srážkami. Vzhledem k hromadnému zpracování nebyly při modelování vyhodnocovány možné nejistoty a neurčitosti.

 Stehlik-2

Obr. 2. Modelované profily kritických bodů
Fig. 2. Modeled profiles of critical points

Pro snížení povodňových vln jsou nejúčinnějšími opatřeními vodní nádrže s retenčním prostorem. Nově navrhované nádrže byly do povodí umísťovány podle potřeby ochrany zastavěného území, morfologie terénu a využití území. Navržené nádrže s odvozenou charakteristikou výšky hladiny a objemu byly pro účely základní analýzy efektivnosti uvažovány s přelivem, jehož kóta je 0,5 m pod úrovní hladiny při stoleté povodňové vlně. Vedle nádrží působí na retenci v povodích příznivě také protierozní opatření v ploše povodí (snížení hodnoty CN) a revitalizace vodních toků, mírně zpomalující průchod povodní (úprava transformačního faktoru v metodě Muskingum).

V katalogovém listu srážkoodtokového vyhodnocení kritického bodu je mimo jiné znázorněn hyetogram stoleté a dvacetileté srážky. Dále je v grafu možno sledovat hydrogramy stoletého a dvacetiletého odtoku v uzávěrovém profilu kritického bodu v m3/s pro stávající stav a návrhový stav. Další část katalogového listu obsahuje tabelární výčet a vyhodnocení sledovaných veličin pro významné uzly schematizovaného povodí. Sledovanými veličinami jsou plocha povodí v km2, objem povodňové vlny v tis. m3, kulminační průtok v m3/s, maximální zadržený objem v navržených nádržích v tis. m3 a maximální objem nádrží, odpovídající ploše zátopy (v tis. m3). V pravé části tabulky se nachází vyhodnocení změny kulminace v hodnotách průtoku (m3/s) a v procentuálním vyjádření změny.

 Stehlik-3

Obr. 3. Vyhodnocení efektů modelem HEC­‑HMS pro kritický bod v obci Štěnovický Borek
Fig. 3. Evaluation of effects by HEC­‑HMS model for the critical point in Štěnovický Borek municipality

Závěr

Uváděné postupy metody CN křivek a srážkoodtokového modelování umožňují posoudit vlivy souboru opatření na odtokové poměry v povodích. Opatření v ploše povodí, opatření na vodních tocích a v nivách i nově navrhované nádrže působí v souhrnu na zlepšení stavu krajiny z hlediska protipovodňového a protierozního i s přesahem do ochrany před výskytem sucha.