Průvodce informacemi Hlásné a předpovědní povodňové služby ČHMÚ		|	Pro veřejnost	|	Pro povodňové orgány	|	Pro vodohospodáře

Průvodce informacemi Hlásné a předpovědní povodňové služby ČHMÚ pro vodohospodáře

Přívalové povodně a možnosti jejich predikce

Vznik přívalových povodní

Přívalová povodeň vzniká nejčastěji následkem rychlého povrchového odtoku způsobeného přívalovými srážkami. Přívalové srážky jsou srážky o velmi silné intenzitě, zpravidla více než 30 mm.h-1. Projevuje se velmi rychlým vzestupem hladiny vody a následně i velmi rychlým poklesem. Vedle intenzity srážek zde sehrává velmi důležitou úlohu schopnost půdního povrchu vsakovat srážkovou vodu. Tato schopnost infiltrace je primárně ovlivněna jak způsobem využívání území, tak i jeho morfologickými charakteristikami, zejména sklonitostí svahů. Podstatný je rovněž aktuální stav nasycení půdního povrchu předchozími srážkami, kdy se zvyšujícím se stupněm nasycení nad retenční vodní kapacitu půdy schopnost absorpce dalších srážek půdou rychle klesá. Je však důležité zdůraznit, že přívalová povodeň se může vyskytnout i za stavu sucha, kdy na povrchu půd se silnou jílovitou příměsí, příp. na některých polních pozemcích dochází k tvorbě krusty, která je téměř nepropustná. Přívalová povodeň je pak doprovázena i velmi silnou erozí, což znásobuje škody na majetku. Na trvale nepropustném půdním povrchu, vyskytujícím se hojně v areálech městské či průmyslové zástavby, je riziko přívalových povodní samozřejmě stálé a neměnné (NOAA, 2010).

Přívalové srážky postihují zpravidla území od několika km2 po několik desítek, vzácně stovek km2. Mohou s kolísavou intenzitou trvat od několika málo minut až po několik hodin. Pro přívalovou povodeň je proto charakteristické to, že může zasáhnout vedle okolí malých vodotečí rovněž za normální situace suchá údolí, příp. území, kde dochází ke soustředění povrchového odtoku z okolních svahů. Území pod delšími svahy jsou proto nejrizikovější z hlediska možného vzniku přívalových povodní, a proto např. nevhodný způsob obhospodařování pozemků na těchto svazích riziko zvýšeného odtoku a doprovodné eroze během přívalových srážek velmi zvyšuje (Janeček, 1998).

Příčiny a průběh přívalové povodně jsou ilustrovány na následujícím obrázku, kdy přívalové srážky s odhadovanými úhrny více než 100 mm za hodinu způsobily povodeň s dobou vzestupu cca 1 hodina na povodí o velikosti cca 98 km2.

Situace s výskytem silných přívalových srážek v povodí Kamenice z 9. června 2010 (snímek měření meteorologického radaru, území vyznačeno černým obdélníkem) a odtoková odezva v profilu Srbská Kamenice na Kamenici (graf, modrá čára). Pro ilustraci je zobrazen i průběh povodně ze 7. srpna 2010, která byla způsobena vydatným déletrvajícím deštěm (červená čára).

Predikce přívalových povodní Možnosti předpovídání přívalových povodní jsou velmi silně omezeny, a to vzhledem k prudké dynamice vývoje konvekční oblačnosti, ze které vypadávají přívalové srážky. I když meteorologické podmínky pro vznik silných přívalových srážek mohou být poměrně úspěšně předpověděny, přesnou lokalizaci výskytu, trvání a intenzitu přívalových srážek a tím i oblast eventuálního výskytu přívalových povodní pomocí standardních meteorologických modelů (např. ALADIN) predikovat v podstatě nelze.

Z výše uvedených důvodů se předpovědní služba omezuje na stanovování tzv. potenciální míry rizika vzniku přívalových povodní. Vychází se z aktuálního stavu nasycenosti území (povodí), který je vedle fyzicko-geografických charakteristik území (např. sklonových poměrů) směrodatný pro určení potenciálních rizikových srážek daného trvání, např. v USA označovaných jako hodnoty FFG (Flash Flood Guidance). Hodnoty FFG jsou definovány jako množství srážek za určitý časový interval, které může způsobit naplnění koryt menších vodotečí (NOAA, 2010).

Určitou možností pro predikci výskytu přívalových povodní, avšak s poměrně malou dobou předstihu (od několika minut až po cca 2 hodiny), je využívání aktuální informace o spadlých srážkách z meteorologického radaru, jehož měření pokrývá plošně celé území ČR a může tudíž podchytit i významné srážky, které nebyly zachyceny sítí srážkoměrných stanic. S využitím jednoduchého srážkoodtokového modelu a krátkodobé předpovědi srážek (tzv. nowcastingu) je možné na malých a menších povodích (s plochou do cca 100 km2) stanovit míru rizika výskytu přívalové povodně, a to i na povodích, které nebyly přímo přívalovou srážkou zasaženy.

Systém FFG-CZ – Indikátor přívalových povodní V rámci výzkumného projektu SP/1C4/16/07 „Výzkum a implementace nových nástrojů pro předpovědi povodní a odtoku v rámci zabezpečení hlásné a předpovědní povodňové služby v ČR“ byl vyvinut systém procedur s názvem FFG-CZ (Indikátor přívalových povodní), jehož hlavním úkolem j e detekce potenciálního rizika vzniku nebo výskytu přívalové povodně.
Systém FFG-CZ sestává z těchto hlavních částí:

• výpočet aktuální nasycenosti území v denním kroku,
• výpočet potenciálně rizikových srážek o době trvání 1, 3 a 6 hodin, které mohou vyvolat povrchový odtok o dané periodicitě výskytu,
• odhad aktuálního rizika vzniku nebo výskytu přívalové povodně na základě 15minutových adjustovaných radarových odhadů srážek (včetně nowcastingu) a definovaných prahových hodnot odtoku.

Hlavním výstupem procedury výpočtu aktuální nasycenosti území je tzv. index nasycení, jehož hodnota vyjadřuje relativní odchylku od stavu nasycení na retenční vodní kapacitu. Je odvozován v rastru 1x1 km, a to na základě jednoduché bilance srážek, odtoku a aktuální evapotranspirace. Základem výpočtu je metoda CN (Janeček, 1998), pomocí níž je na základě spadlých srážek odhadována velikost přímého odtoku. Srážková voda, která neodteče přímým odtokem, se částečně vypaří a částečně vsákne do půdy. Velikost odtoku z podpovrchových vod je řízena stupněm nasycení půdy.

Na obrázku je uvedeno rozložení indexu nasycení pro 6. srpen 2010 k 8:00 SELČ, tj. den před výskytem extrémních srážek a následných extrémních povodní na Liberecku. Z mapky je patrné, že Liberecko bylo nasyceno nad retenční vodní kapacitu, z čehož je možné usuzovat na menší schopnost půdy a půdního povrchu infiltrovat srážkovou vodu.

Hodnoty potenciálně rizikových srážek (FFG) s dobou trvání 1, 3 a 6 hodin jsou odvozovány ve čtverci území 3x3 km pomocí jednoduchého srážkoodtokového modelu (SCS) s nastavenou prahovou hodnotou odpovídající specifickému odtoku s dobou opakování 2–5 let, a to na základě aktuálního nasycení. Je nutné si uvědomit, že hodnoty potenciálních rizikových srážek mohou být vzhledem k místním podmínkám i výrazně nižší, a to zvláště na povodích s významným podílem zemědělsky obhospodařovaných pozemků, kde dochází ke změnám infiltračních podmínek v závislosti na druhu pěstovaných plodin.

Na obrázku jsou uvedeny hodnoty potenciálně rizikových srážek s dobou trvání 3 hodiny pro 6. srpen 2010 k 8:00 SELČ. Z mapky je zřejmé, že se tyto hodnoty na Liberecku pohybovaly od 20 do 50 mm. Maximální 3hodinové intenzity srážek z 6. na 7. srpna, a zejména 7. srpna dopoledne, tento limit výrazně překonaly.

Odhad aktuálního rizika vzniku nebo výskytu přívalové povodně je prováděn na základě 15minutových adjustovaných radarových odhadů srážek a jejich krátkodobé předpovědi (tzv. nowcastingu). Při výpočtu je používán jednoduchý srážkoodtokový model založený na metodě jednotkového hydrogramu (Clark, SCS) a metodě Muskingum pro odhad postupu povodňové vlny (US Army Corps of Engineers, 1994 ). Hodnoty parametrů srážkoodtokového modelu byly odhadnuty z fyzicko-geografických charakteristik základních povodí (povodí IV. řádu), přičemž tato dílčí povodí jsou v rámci systému FFG-CZ hydrologicky a hydraulicky propojena až do velikosti povodí max. 100 km2. Při stanovení rizika povodně se vychází z porovnání odhadu velikosti maximálního specifického odtoku generovaného modelem na základě spadlých srážek a nowcastingu vůči definovaným prahovým hodnotám odtoku. Příklad je na následujícím obrázku.

Zobrazení rizika vzniku či výskytu přívalové povodně v prostředí GIS. Situace ze 7. 8. 2010, kde vstupem byly adjustované radarové odhady z časové periody 8:45–11:30 a hodnoty ukazatele nasycení (resp. CN) pro 7. 8. 2010 k 8:00 SELČ.

Aktuální mapy ukazatele nasycení a potenciálně rizikových srážek je možné zobrazit v stránkách HPPS Aplikace je v provozu každoročně vždy od poloviny dubna do poloviny října.

Průvodce informacemi Hlásné a předpovědní povodňové služby ČHMÚ		|	Pro veřejnost	|	Pro povodňové orgány	|	Pro vodohospodáře