Přívalové povodně

Řadu obcí České republiky postihují pravidelně přívalové, nesprávně označované též jako bleskové, povodně. Jedná se o povodňové události probíhající na území do 100 ha v povodích do 10 km2. Každoročně na území ČR dochází k 60 – 100 přívalovým povodním, které poškozují obce zejména na horních částech toků a v podhorských či horských oblastech. Vyskytují se výhradně v letním období v lokálním měřítku a mají často katastrofální lokální důsledky. Vznikají zpravidla v oblasti studených a zvlněných studených front za současného výskytu srážek vysoké intenzity. Bleskové povodně způsobuje náhlý plošný odtok srážkové vody. Tento druh povodní lze sice ze synoptických situací předpokládat, ale nikoliv předpovědět přesně. Na předání informací zjišťovaných varovnými systémy chybí totiž zpravidla čas. To je také podstatná odlišnost přívalových povodní od záplav, jež jsou vyvolávány dlouhotrvajícími několikadenními vlnami oblastních dešťů. Přívalové povodně v důsledku svého malého plošného rozsahu, zpravidla nejsou včas detekovány běžně provozovanými systémy integrované výstražné služby. Snaha o lepší předpověď bouřkových povodní vedla např. k analýze blesků při bouřkách. Mělo by se tak dosáhnout tříhodinové a lepší předpovědi vzniku nebezpečného přívalového deště. Na lepší předpověď vzniku přívalového deště je ve světě zaměřeno několik studií, avšak současně je známo, že detailní lokalizace přívalových dešťů je v zásadě nepředpověditelná díky esenciální nestabilitě atmosféry. Lze konstatovat, že celosvětově je výzkumná pozornost zaměřena na zlepšení předpovědi vzniku přívalových dešťů. V Ústavu pro hydrodynamiku byl navržen systém pro detekci čtyř klíčových faktorů, které rozhodují o vzniku bleskové povodně. Pilotní lokální výstražný systém před bleskovými povodněmi je navržen v pramenné oblasti Krkonoš.

Návrh lokálního výstražného systému před přívalovými povodněmi

Návrh lokálního výstražného systému před přívalovými povodněmi řeší zlepšení předpovědi výskytu přívalových povodní s uvážením nejnovějších poznatků o hydrodynamických mechanismech tvorby odtoku z malých povodí. Dlouhodobý hydrologický výzkum prováděný Ústavem pro hydrodynamiku AVČR, v.v.i. ukázal, že na vznik bleskové povodně mají vedle intenzivních srážek nezanedbatelný vliv další rizikové faktory. Bylo zjištěno, že extrémní odtoky způsobují tyto faktory a jejich kombinace: (1) přesycení půdního pokryvu vodou, (2) hydrofobie půdního povrchu, (3) gravitačně destabilizované proudění vody v půdě, (4) extrémní srážky, zpravidla po dlouhodobém suchu. Typické kombinace, způsobující extrémní odtok, jsou (1) a (3) – při přesycení půdního pokryvu vodou může být gravitačně destabilizované proudění vyvoláno i malou srážkou, (2) a (4) – dlouhodobé sucho může způsobit hydrofobii půdního povrchu a současně vést ke vzniku meteorologické situace s extrémními lokálními srážkami. Navrhovaná metoda včasné výstrahy je, vedle měření srážek a průtoků, založena dále na detekci jednotlivých rizikových faktorů: (1) měří se teplota ovzduší a půdy – dlouhodobé vysoké teploty značí vysoké riziko hydrofobie půdy, (2) měří se tenzometrické tlaky v půdě – nízké absolutní hodnoty tlaků značí, že voda není v půdě dostatečně poutána kapilárními silami, tedy je vysoké riziko, že infiltrace i malého deště vyvolá gravitačně destabilizované proudění, (3) měří se teplota ovzduší a globální radiace, z těchto hodnot se pak vypočte produkce entropie při výparu – vysoký kumulativní deficit v produkci entropie značí riziko vytváření meteorologických situací s lokálními přívalovými srážkami nebo frontálních poruch s rozsáhlými srážkami.

Návrh obsahuje přístrojovou, softwarovou, dispečinkovou a metodickou složku sofistikovaných lokálních výstražných systémů před přívalovými povodněmi.

Limnigrafická a srážkoměrná stanice osazená v síti LVS – povodí Albeřického potoka, lokalita Albeřice.

Výzkum na Ústavu pro hydrodynamiku

Formování odtoku vody z povodí je ovlivněno několika zásadními faktory: intenzitou srážek a jejich úhrnem, retenční schopností povodí a hydrofyzikálními vlastnostmi půdy a podloží včetně retenční schopnosti půdního profilu. Klíčovým faktorem při studiu odtoku je vyhodnocení podílu všech těchto procesů ovlivňujících formování odtoku. Bylo potvrzeno, že retence vody v povodí a v půdě významně ovlivňuje formování odtoku. Klíčová role retence půdní vody při transformaci srážek na odtok je dobře známá vzhledem k obrovskému objemu půdního rezervoáru, který je pro ČR o řád větší, než je objem všech umělých i přirozených vodních nádrží a vodotečí. Typická vodní retenční kapacita půdního profilu v horských a podhorských oblastech činí 60 až 90 mm.

Retence vody a formování odtoku z povodí bylo předmětem zkoumání v několika experimentálních povodích v ČR, zejména na Šumavě a v Krkonoších. Byl experimentálně ověřen anomální jev při sledování toku vody v půdě: při některých situacích voda infiltrovaná do půdy z deště způsobila náhlý pokles objemu půdní vody. V těchto situacích lze pohyb půdní vody vysvětlit jako oscilační výtok do podloží. Při překročení jisté prahové hodnoty půdní vlhkosti nastává gravitačně destabilizované proudění. V těchto případech nastává výtok velkého objemu vody do podloží a tato fáze výtoku se nazývá jako výtoková (spill phase). Poté co půdní vlhkost klesne pod prahovou hodnotu, gravitačně destabilizované proudění ustává a je nahrazeno difúzním tokem, půdní voda dotovaná srážkou postupuje pomalu k podloží a tato fáze výtoku se nazývá jako plnící (fill phase). Lze definovat tzv. fill-spill efekt při uvažování prahové hodnoty půdní vlhkosti: když půdní vlhkost je menší než prahová hodnota, voda plní půdní póry (fill phase), aniž by vytékala do podloží. Jestliže půdní vlhkost přesáhne prahovou hodnotu, voda je uvolněna a gravitačně destabilizovaným prouděním vytéká z půdy (spill phase). Během fill-spill efektu vytéká voda do podložních vrstev. V měřítku povodí tento jev produkuje část odtoku, mnohdy značnou. Anomální proudění vody v půdě (fill-spill efekt), které bylo experimentálně ověřeno v pramenných oblastech ČR, může ovlivnit (snížit) retenční schopnost dešťové vody v povodí a zvýšit rychlost odtoku. To hraje významnou roli pro predikci přívalových povodní. Podrobný monitoring těchto procesů je základem pro vybudování systému včasného varování.

Sofistikovaný lokální výstražný systém (LVS) před přívalovými povodněmi byl realizován v horní části řeky Úpy v Krkonoších s uzávěrovým profilem v Horním Maršově (568 – 1602 m n. m., 100 km2). V současnosti se skládá LVS z hlavní meteorologické stanice, osmi hladinoměrných stanic a 20 základních monitorovacích stanic. Předpověď rizika povodně je řešena softwarovou složkou systému, která využívá jako vstupní data hydrologické a meteorologické údaje měřené na povodí (výška hladiny v toku, průtok vody, intenzita a úhrn deště, tenzometrický tlak půdní vody, teplota vzduchu a půdy). Výstupem LVS je zasílání varovných a výstražných zpráv na libovolný počet telefonních čísel či e-mailových adres. LVS je dlouhodobě využíván samosprávou OÚ v Horním Maršově.

Stanice osazené v síti LVS – povodí Modého potoka, lokalita Modrý důl. Vliv kauzálních dešťových událostí v průběhu 22.8. 2013 – 22.9. 2013 na půdní vlhkosti, sací tlaky a stavy vody v Modrém potoce.

 Schéma LVS v povodí Úpy s uzávěrovým profilem v Horním Maršově. LVS se skládá z hlavní meteorologické stanice (červené soustředné kruhy), z 8 hladinoměrných stanic (modré trojúhelníky) a z 20 základních monitorovacích stanic (zelené kruhy).

 

Publikace a realizační výstupy:

Fiedler, J., Mágr, Z., Tesař, M., (2016). Odolná monitorovací stanice. Užitný vzor CZ 29146.

Fiedler, J., Mágr, Z., Tesař, M., (2016). Odolná hladinoměrná stanice. Užitný vzor CZ 29175.

Fiedler, J., Mágr, Z., Tesař, M., (2016). Teplotně odolný vodní tenzometr s radiovým přenosem a kompenzací atmosférického tlaku. Užitný vzor CZ 29373.

Šír, M., Tesař, M., (2013). Water retention and runoff formation in the Krkonoše Mts. The Supplementum of Opera Corcontica 50, 97–106.

Tesař, M., Šír, M., (2013). Early warning system for flash floods in the Krkonoše Mts. The Supplementum of Opera Corcontica 50, 107–112.

Tesař, M., Šír, M., Lichner, Ľ., Fišák, J., (2008). Extreme runoff formation in the Krkonoše Mts. in August 2002. Soil & Water Research 5 (Special Issue 1), 147–154.

Tesař, M., Šír, M., Pražák, J., Lichner, Ľ., (2004). Instability driven flow and runoff formation in a small catchment. Geologica Acta 2(1), 147–156.

Kategorie Dlaždice.