Přívalové srážky a bleskové povodně

Bleskové povodně
Návrh metodiky stanovení stupně ohrožení území
a koncepce řešení v rámci systému FLOREON+
Jan Unucka, Jan Martinovič a kolektiv
+
FLOREON
• FLOREON+ (FLOod REcognition on the Net)
– Projekt je zaměřen na vývoj integrovaného systému pro monitorování, modelování, predikci a podporu řešení krizových situací
– Vyvíjený systém umožňuje díky své modularitě a otevřenosti snadné
doplňování o nové oblasti simulací pro potřeby krizového řízení
• Požadované vlastnosti systému
– Srozumitelná grafická informace dostupná všem
– Otevřená modulární architektura
– Aktuálnost informace
• Webové stránky projektu: http://www.floreon.eu
• Projekt vznikl za podpory Moravskoslezského kraje
Vyvíjené moduly systému
• VODA
– Podpora krizového řízení v oblasti povodňové problematiky
– Rozšíření možností predikcí oproti hlásné a předpovědní povodňové službě
(HPPS) ČR
– (Geo)grafická prezentace prognóz
– V řešení je problematika přívalových srážek a predikce vývoje bleskových povodní
• KVALITA ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ
– Krátkodobé předpovědi vývoje kvality ovzduší
– Predikce vývoje smogových a inverzních situací
– V řešení je simulace a predikce úniku kontaminantů do ovzduší a vodních toků
• DOPRAVA
– Sledování vývoje dopravní situace během krizových událostí
– V řešení je problematika predikce dopravních omezení v případě krizových událostí
Architektura systému Floreon+
Problematika „Voda“
Srážkoodtokový (s‐o) proces
Napojení modelů a GIS 1/2
HYDROLOGICKÉ MODELY
Srážkoodtokové modely
GIS VÝSTUPY
Hydrogramy
analýza a schematizace povodí
Hydrodynamické modely
interpolace hydrometeorologických
dat apod.
Hladiny, rozlivy atd.
Napojení modelů a GIS 2/2
GIS postprocesing
Obecné schéma výpočtu
S‐O model
měření
HD model
předpověď
Problematika „doprava“
Další systémy využívající
získaná data a informace
Zařízení poskytovatelů dat,
která zpracovávají data od
vozidel a poskytují je dále
Zpracování dat z různých
zdrojů
Datová úložiště obsahující
agregovaná data a další
zpracované informace
Skutečná vozidla
vybavená GPS a
datovou konektivitou
Kombinace „Voda“ a „Doprava“
Přívalová srážka a blesková povodeň
Letní povodně způsobené krátkodobými srážkami velké
intenzity (často přes 100 mm za několik málo hodin) zasahují
poměrně malá území, mohou se vyskytovat kdekoli na malých tocích, katastrofální důsledky mají zejména na sklonitých povodích vějířovitého tvaru (existuje tedy částečná terénní
predispozice)
Vysoká intenzita deště rychle překročí infiltrační kapacitu půdy a dochází k povrchovému odtoku i mimo koryta toků.
Vše se děje v krátkém časovém horizontu, proto se vžil termín „blesková povodeň“ – angl. flash flood
Příklady: červen 1987‐Dřevnice a Vsetínská Bečva, červen 1995‐
Litavka, červen 1996‐povodí Opavy na Bruntálsku, červenec 1998‐ Dědina a Bělá na Rychnovsku, srpen 2005 ‐ Olše, červen 2009 ‐ Luha a Jičínka, červen 2010 Kamenice, srpen 2010 ‐
Smědá, Ploučnice, Svitávka, Řásnice, Lužická Nisa.
Problémy ve vztahu k prognóze
1.
Výskyt přívalových srážek a bleskových povodní lze očekávat a zkušenosti z roku 2010 to jen potvrzují
2.
Na úrovni numerických atmosférických modelů nelze přívalovou srážku dosud uspokojivě předpovědět
3.
Tyto modely mají pro tento fenomén stále příliš hrubé
rozlišení (nutnost downscalingu)
4.
Přívalové srážky se i obtížně měří pozemní staniční sítí
5.
Standardními semidistribuovanými srážkoodtokovými modely typu HYDROG, AquaLog, NAM ani nelze povodně z přívalových srážek předpovídat
Numerické předpovědní modely
Procesy menšího měřítka než je krok sítě nelze přesně modelovat (mikrofyzikální
procesy v oblacích, tvorba srážek, radiační, turbulentní děje, orografie), proto je parametrizujme („řešíme zjednodušeným způsobem“), což je důvod pro nepřesnou předpověď
Lokální varovné systémy
1.
Například Olešnice v Orlických horách
2.
Metoda napojení senzorické sítě (srážky, vodní stav) na varovné
hlásiče a komunikační systémy (výstražné sms apod.)
3.
Výhody – přímé napojení na lokální orgány, „psychologický“
efekt pro místní obyvatele
4.
Nevýhody – pouze malý územní rozsah, nemožnost pokrytí
větších územních celků (principielně, náklady na zřízení a provoz apod.), pozemní sběr dat – pokud přívalová srážka spadne a odteče mimo senzorickou síť, zůstává nepodchycena
5.
Fungují pouze na základě měření již probíhající
hydrometeorologické situace, tzn. odpadá časová rezerva vzniklá včasnou predikcí
Proč vyžívat GIS a hydrologické modely
Situace 24.6.2009 ve 12:00 UTC
Kytín 2.7.2009. Foto: F. Schiffauer
Životice u Nového Jičína, 7/2009.
Foto: T. Kohout
Splach erodované hrabanky
po krátkém dešti, Ústí nad
Labem
7/2007
Povrchový odtok z
polí,
povodí Kamenice
6/2009
Základní principy zvoleného řešení
1.
Škálovatelnost celého řešení (časová, prostorová, kvalitativní)
2.
Rychlost díky využití HPC a superpočítače (IT4Innovations)
3.
Modularita (každý model i GIS nástroj je pouze modulem, lze tedy operativně provádět náhrady v případě výpadku konkrétního modelu a také paralelní výpočty)
4.
Přenositelnost (systém není územně vázán na konkrétní
povodí, jediným limitem je dostupnost dat)
5.
Výstupy formou geodat
Prostorová škálovatelnost
Časová škálovatelnost
Upozornění 12‐54 h
Varování 2‐12 h
Alarm 0.5‐2h
Rámcové schéma řešení
Prostorové GIS analýzy
zájmového území
(ArcGIS, GRASS, SAGA)
GIS analýzy
srážkového pole
Simulace v modelech SIMWE, TOPMODEL
Statické GIS vrstvy
zranitelnosti území
Simulace v modelech MIKE SHE, MIKE 11, MIKE FLOOD
Operativní GIS vrstvy zranitelnosti území
vůči flash flood
simulace v modelech SHALSTAB, SINMAP, RAMMS
Operativní GIS vrstvy zr. území vůči zrychlené
erozi a sesuvné aktivitě
Předpověď Q a rozlivů
Výběr sledovaných profilů HYDROG
Využití HPC
HPC server
Testy v extrémním reliéfu
Modely SIMWE a TOPMODEL jsou implementace hydrologických modelů v GRASS GIS.
Výpočet je ve srovnání s ostatními prostředky GIS a numerických modelů
enormně rychlý a platformně nezávislý –
OS Windows, UNIX/Linux.
Výsledky GIS analýz – GRASS GIS
Výsledky simulací ‐ MIKE SHE
Výsledky MIKE 11 GIS
Výsledky simulací ‐ MIKE SHE povrchový odtok
Sázava: po
8.8.2006
Výsledky simulací – fluviální eroze
Výsledky modelování svahových pohybů
Implementace v modulárním systému
Výstupy modelů a GIS analýz
Genetické algoritmy
Měřené hodnoty Q,
reálně zasažené oblasti
Webové služby
Úpravy parametrů modelů
a GIS preprocesingu
Simulace MIKE,
HYDROG, HEC atd.
Aktualizace statických a operativních
GIS vrstev zranitelnosti území
Produkce GIS vrstev
Užitečné odkazy:
• FLOREON+:
http://www.floreon.cz/web/
Flash Flood Guidance:
http://www.srh.noaa.gov/rfcshare/ffg.php
• FAS2/FAS3 projekt:
http://fas3.flood‐alert.org/#Home:Home
• ArcHydro, aplikace na Floridě:
http://resources.esri.com/arcHydro/
https://my.sfwmd.gov/portal/page/portal/pg_grp_sfw
md_weather/pg_sfwmd_weather_realtime
• NOAA Advanced Hydrologic Prediction Service:
http://www.weather.gov/oh/ahps/
…děkuji za pozornost
Smědá pod Frýdlantem, 7.8.2010. Foto: V. Fárek
Kontakt: [email protected]