Předpovědní profily pro záplavová území. Propojení předpovědních hlásných profilů na mapový sklad záplavových území.

Hlásná povodňová služba poskytuje informace povodňovým orgánům pro zabezpečení jejich úkolů v průběhu povodní. Povodňové orgány na jednotlivých stupních tyto informace potřebují především pro varování obyvatelstva (úroveň obcí), vyhlašování stupňů povodňové aktivity (většinou na úrovni obcí a ORP), vyhodnocení situace a řízení povodňových opatření (povodňové orgány všech úrovní).

Cílem předkládaného příspěvku je prezentace dílčích výsledků výzkumu, který je zaměřen na využití geografických informačních systémů pro podporu řešení krizových situací a jejich propojení na automatické vyrozumívací systémy. Schopnost předpovídat výšku hladiny a množství (rychlost) vody protékané korytem vodního toku pro zvolený průtok v určitém časovém úseku je v současné době na velmi vysoké úrovni a kvalita získávaných výsledků se stále zlepšuje s ohledem na používaná data vstupující do hydrodynamických modelů. Propojení prognózních hlásných profilů na datové sklady mapových výstupů z hydrodynamických modelů, které vyjadřují rozsahy záplavových území pro volené průtoky, poskytuje adekvátní představu o působení povodně v terénu, a tím i vymezuje předpokládaný rozsah území, kde hrozí povodňové nebezpečí. Příspěvek si klade za cíl seznámit odbornou veřejnost s přípravou softwarového nástroje sloužícího orgánům krizového řízení/povodňovým orgánům pro lepší organizaci prací během povodňové události. Takto připravené podklady budou široce využitelné v oblasti krizového řízení či při činnosti složek integrovaného záchranného systému.

1. Úvod

1.1 Základní principy
Za pomocí moderních prognózních metod a modelů lze nyní předpovídat úhrn srážek spadlých na určité území s velkou pravděpodobností, a to i na dlouhé období dopředu, což umožňuje přijímat určitá opatření proti případným blížícím se krizovým situacím a spojeným katastrofám. To ve svém důsledku znamená, že je možné do značné míry eliminovat negativní dopady těchto situací, a to jak z materiálního hlediska, tak vzhledem k zajištění bezpečnosti obyvatel.

Cílem příspěvku je poskytnout podklady pro zvýšení bezpečnosti občanů a zajištění ochrany jejich majetku před následky krizových situací s důrazem na povodňovou problematiku. Je prezentováno využití nových technologií, poznatků a dalších výsledků aplikovaného výzkumu v oblasti geografických informačních systémů, identifikace osob a jejich včasného varování, sdílení informací aj. pro podporu eliminace následků živelních pohrom, provozních haváriích či teroristických útoků.
Prioritou je dosažení cílů Směrnice 2007/60/ES o vyhodnocování a zvládání povodňových rizik, tedy omezení rizika nepříznivých dopadů povodní na lidské zdraví, životní prostředí, kulturní dědictví, hospodářskou činnost a infrastrukturu.

V ČR je značný problém s vodním režimem krajiny, protože snížená retenční schopnost krajiny a urbanizace území podél vodního toku má významný vliv na vznik a průběh povodní, které se v poslední dekádě často opakují.

Hlavním cílem prováděného výzkumu bylo na základě tříletého projektu vytvořit strukturu geodatabáze – evidenčního systému pro správu majetku a osob ohrožených živelními pohromami, provozními haváriemi či teroristickými útoky. Vytvořený datový sklad, který evidenční systém nabízí, je konstruován tak, aby bylo možné napojení na systém včasného varování občanů, včetně grafického zobrazení ohrožených nemovitostí prostřednictvím propojení na geografické informační systémy.

Snahou je zavést do praxe novou technologii pro identifikaci a evidenci osob a zvýšit tak bezpečnost občanů v případě hrozeb ohrožujících jejich bezpečnost prostřednictvím včasného varování – tj. preventivní ochrany. Cílem je definovat nástroje pro podporu integrované činnosti bezpečnostních a záchranných složek státu, včetně zvýšení osvěty a komunikace mezi státní správou, samosprávou a veřejností. Hlavním cílem však zůstává snaha eliminovat dopady přírodních či antropogenních rizik na lidské zdraví a majetek občanů s důrazem na nejčastější přírodní riziko, které je představováno povodňovou problematikou.

1.2 Současný stav poznání
Využitím geografických informačních systémů v problematice krizového řízení se v současnosti věnuje řada zahraničních i českých autorů [3, 6, 7]. V literatuře je krizové řízení definováno jako soubor aktivit zaměřených na přípravnou, operační a nápravnou fázi vypořádání se s procesy v krajině ohrožujícími lidské životy a hmotné statky [1]. Krizovým řízením se tak rozumí souhrn řídicích činností věcně příslušných orgánů zaměřených na analýzu a vyhodnocení bezpečnostních rizik, plánování, organizování, realizaci a kontrolu činností prováděných v souvislosti s řešením krizové situace [8]. V České republice je budován již od roku 1991 jednotný systém varování a informování. Tento systém tvoří síť poplachových sirén, které zabezpečují bezprostřední varování obyvatelstva, a dále pak soustava vyrozumívacích center, soustava dálkového vyrozumění (doprava signálu a informací), soustava místního vyrozumění (infrastruktura pro ovládání poplachových sirén a vyrozumění osob).

Provázanost systému varování a informování s hromadnými informačními prostředky umožňuje plošné informování osob o hrozícím nebo vzniklém nebezpečí (živelní pohroma, závažná havárie, teroristický útok apod.), přesto je nutné počítat se situacemi, kdy nebude možné tyto prostředky pro podání informace o hrozícím nebezpečí do inkriminovaného místa doručit. Jedná se především o situace, kdy nebude možné tyto nástroje varování a informování použít z důvodu např. výpadku elektrické energie, poničení rozhlasového aparátu, atd. V takových případech je nutné hledat jiné možnosti pro předání požadované informace. Navíc v případech, kdy se nejedná o ochranu samotných osob, nýbrž je předmětem ochrany i movitý či nemovitý majetek, je nutné počítat i se skutečností, že se vlastník či uživatel nezdržuje v místě svého bydliště. V takových případech sice není v ohrožení lidský život, ale majetek osob, který je nutné na příchod živelní pohromy či provozní havárie zajistit, respektive přemístit či odvést v rámci tzv. zabezpečovacích prací.

V současnosti jsou k dispozici havarijní plány, povodňové plány a jiné materiály, které obsahují celou řadu informací, umožňují snadnější distribuci informací, správu informací a mnoho dalších výhod, přesto nenabízí možnost zpětné vazby např. o tom, zda byl či nebyl občan, který se vyskytl v nebezpečí, informován či nikoliv. Navíc velký problém představuje přenos informací během krizové situace, kdy nebyl dosud v řadě oblastí postup standardizován a nebyla jasně definovaná zodpovědnost při zpracování a přenosu těchto dat. Problémem je rovněž skutečnost, že velké množství dat vzniká v papírové formě, která není vhodná pro rychlé předání, čímž vzniká prodleva v přenosu informací za krizové situace. V současnosti je v provozu jen málo takových nástrojů, které by uplatnění zpětné vazby poskytovaly.

2. Hlásná a předpovědní povodňová služba

2.1 Hlásné profily
Včasná informovanost o povodňovém nebezpečí, vzniku a očekávaném vývoji povodně může výrazně přispět k omezení škodlivých následků povodní. Efektivnost prováděných operativních opatření před a za povodní závisí do značné míry na informacích, které mají povodňové orgány pro jejich řízení k dispozici. Včasným varováním a fungujícím systémem operativních opatření je možné výrazně snížit materiální škody a vyloučit nebo omezit ztráty na životech. Proto je hlásná a předpovědní služba důležitou součástí aktivit na ochranu před povodněmi (obr. 1).

Obr. 1. Modelovaná předpověď průtoku na profilu Berounka – Beroun

Hlásná povodňová služba zabezpečuje povodňovým orgánům informace potřebné pro varování obyvatelstva a řízení opatření na ochranu před povodněmi. Hlásnou povodňovou službu organizují povodňové orgány obcí s povodňovými orgány obcí s rozšířenou působností (ORP) a podílejí se na ní ostatní účastníci ochrany před povodněmi. K zabezpečení hlásné povodňové služby organizují povodňové orgány obcí v případě potřeby hlídkovou službu. Podrobnosti k zabezpečení hlásné a předpovědní povodňové služby obsahuje metodický pokyn odboru ochrany vod Ministerstva životního prostředí. Tento metodický pokyn byl v roce 2011 novelizován a je publikován ve Věstníku MŽP 2011. Stupně povodňové aktivity (SPA) jsou ve většině případů navázány na směrodatné limity vodních stavů v hlásných profilech na tocích, které jsou uvedeny v povodňových plánech.

Ve smyslu metodického pokynu MŽP jsou hlásné profily rozděleny do tří kategorií:
• základní hlásné profily – kategorie A;
• doplňkové hlásné profily – kategorie B;
• pomocné hlásné profily – kategorie C.

Hlásných profilů kategorie A je nyní 210 a rovnoměrně pokrývají významné vodní toky. Vodoměrné stanice v nich umístěné jsou automatizované a provozované ČHMÚ nebo podnikem Povodí (obr. 2). Počet hlásných profilů kategorie B je téměř stejný jako u profilů A, avšak mírně kolísá, protože zhruba třetina je provozována jinými subjekty (většinou obcemi).

Obr. 2. Vodoměrné stanice ČR

Základní hlásné profily – kategorie A – jsou profily na významných vodních tocích. Informace z těchto profilů jsou nezbytné pro řízení opatření k ochraně před povodněmi na národní nebo regionální úrovni. Výběr hlásných profilů kategorie A provádějí regionální pracoviště ČHMÚ spolu se správci povodí a tento výběr projednávají s Ministerstvem životního prostředí a místně příslušnými krajskými úřady. Mezi hlásné profily kategorie A jsou začleněny také profily přehradních nádrží ovlivňujících povodňový režim a profily na hraničních vodních tocích vyplývající z mezinárodních závazků ČR.

Hlásné profily kategorie A zřizuje a provozuje stát prostřednictvím ČHMÚ nebo správců povodí. Doporučené vybavení hlásného profilu kategorie A je:
• stabilizovaný vodoměrný profil;
• vodoměrná stanice s vodočetnou latí a místním záznamem;
• automatický přenos dat do sběrného centra (předpovědní pracoviště ČHMÚ nebo vodohospodářský dispečink správce povodí);
• automatické zasílání SMS zprávy při překročení nastaveného limitu na určeného pracovníka povodňové služby obce, v jejímž územním obvodu se profil nachází;
• měrná křivka průtoků ověřená ČHMÚ.

2.2 Pilotní lokality

2.2.1 Obec Lety
Obec Lety se rozprostírá na katastrálním území Lety u Dobřichovic (324 ha) v okrese Praha–západ, asi 7 km jihozápadně od města Černošice, které je i příslušnou obcí s rozšířenou působností. Obec Lety spadá pod Středočeský kraj. Na území obce Lety je trvale hlášeno 1455 obyvatel (stav k 1. 11. 2014) V obci je vybudována technická infrastruktura: elektro, vodovod, kanalizace. Obec je rovněž plynofikována.

Obec se rozprostírá v nadmořských výškách od cca 202 m n. m. do 313 m n. m., a to především na levobřežní straně řeky Berounky, která je nejvýznamnějším vodním tokem na katastrálním území Lety u Dobřichovic. Z dalších vodních toků, které se v řešeném katastrálním území nacházejí, je významný vodní tok Kejná, představující pravostranný přítok řeky Berounky.

Z hlediska zastoupení jednotlivých druhů pozemků převládá orná půda nad trvalými travními porosty. Orná půda se navíc nachází na dlouhých nepřerušených svazích severně nad obcí Lety, kde hrozí při srážkových událostech s větším úhrnem zaplavení navazující zástavby na okraji intravilánu obce Lety (obr. 3).

Obr. 3. Pilotní území Lety

2.2.2 Město Beroun (obr. 4)
Nejvýznamnějším vodním tokem řešeného území je řeka Berounka, která je jedna z nejvýznamnějších řek v rámci celé České republiky. Odvádí vodu z Plzeňského a částečně Středočeského kraje a jako levobřežní přítok se vlévá do Vltavy. Je dlouhá 139,1 km. Povodí má rozlohu 8855,1 km², z čehož se 35,96 km² (29,23 km² Mže a 6,73 km² Úhlava) nachází na území Bavorska. Prameny zdrojnic se nacházejí v pohořích Český les a Šumava. Nejvyšších průtoků dosahuje řeka na jaře.

Obr. 4. Pilotní území Beroun

Druhým vodním tokem, který se nachází na řešeném území, je vodní tok Litavka, který představuje pravostranný přítok Berounky. Vodní tok Litavka odvádí vodu z centrálních Brd. Pramení mezi vrcholy Tok (865 m n. m.) a Praha (862 m n. m.) v nadmořské výšce 765 m n. m. na východním svahu Malého Toku ve vzdálenosti 2 km severovýchodně od vesnice Nepomuk v okrese Příbram. Je dlouhá 54,6 km. Litavka je pravostranný přítok Berounky, do které ústí v Berouně na jejím 33,96 ř. km. Povodí je tvořeno především dvěma dílčími povodími nejvýznamnějších přítoků Chumavy a Červeného potoka a zaujímá plochu 628,75 km2. V povodí se nachází 538 vodních ploch s celkovou rozlohou 225,11 ha. Největší z nich jsou vodní nádrže Pilská (20,54 ha), Láz (15,01 ha), Obecnice a Záskalská.

3. Výsledky

Schopnost předpovídat výšku hladiny a množství (rychlost) vody protékané korytem vodního toku pro zvolený průtok v určitém časovém úseku je v současné době na velmi vysoké úrovni a kvalita získávaných výsledků se stále zlepšuje s ohledem na používaná vstupní data vstupující do hydrodynamických modelů. Propojení prognózních hlásných profilů na datové sklady mapových výstupů z hydrodynamických modelů, které vyjadřují rozsahy záplavových území pro volené průtoky, poskytuje adekvátní představu o působení povodně v terénu a tím i vymezuje předpokládaný rozsah území, kde hrozí povodňové nebezpečí.

Takto připravené datové podklady slouží za pomoci softwarového nástroje – Software pro prevenci a zvládání bezpečnostních rizik (obr. 5) k prezentaci aktuálních informací o hrozícím nebezpečí a jako efektivní nástroj pro orgány krizového řízení/povodňové orgány, kterým poskytuje lepší podklady pro rozhodování během organizace za povodňové události. Datový/mapový sklad je prostřednictvím vyhotovených map pro oblast Berounky (katastrální území Lety u Dobřichovic) široce využitelný v oblasti krizového řízení či při činnosti složek integrovaného záchranného systému [4].

Obr. 5. Software pro prevenci a zvládání bezpečnostních rizik

V rámci řešení projektu byly vyhotoveny dvě mapové sady – „Mapa ohrožených nemovitostí 1“ (rastr hloubek) a „Mapa ohrožených nemovitostí 2“ (rastr rychlostí), které jsou uplatněny jako stěžejní podklady při vývoji metodického postupu na přípravu geodatabázového systému pro správu dat využitelných při řešení krizových situací, tj. v případě živelných pohrom, provozních havárií či teroristických útoků. Mapy jsou koncipovány tak, aby vyjadřovaly potenciální ohroženost jednotlivých nemovitostí v záplavovém území dle průchodu povodňové vlny. Pomocí barevné škály jsou kategorizovány nemovitosti do kategorie ohrožených/neohrožených dle postupu zaplavení – nátoku povodňové vlny do intravilánu obce. Zároveň mapový soubor identifikuje na základě barevné škály prioritní lokality s nejvyšším povodňovým ohrožením oproti lokalitám, kde je ohrožení pouze okrajové. Pro daný účel, kdy je možné určit lokality s nejvyšším povodňovým rizikem oproti lokalitám, kde je ohrožení pouze okrajové, slouží výstupy z hydrodynamických modelů v podobě stanovených záplavových území – získaných rastrů hloubek/rychlostí (obr. 6 a 7). V návaznosti na tyto mapové zdroje bude možné připravit v rámci vývoje geoinformačního systému – softwaru provázání na existující databáze, které vyjadřují počty osob bydlících/trvale hlášených v jednotlivých nemovitostech, které jsou ohroženy povodňovou událostí.

Obr. 6. Ukázka rastru hloubek pro Q= 1 340 m3/s

Obr. 7. Ukázka rastru rychlostí pro Q= 1 340 m3/s

Pro kvalitu modelování jevů a stavů při povodních s využitím hydrodynamických modelů jsou zásadní vstupní data pro tvorbu výpočetní geometrie vodního toku. Pro potřeby daného řešení bylo využito dat leteckého laserového skenování, které je jedním z nejmodernějších způsobů, kterými lze pořídit prostorová geografická data. Uplatňuje se zejména pro tvorbu digitálního modelu reliéfu (DMR), kde je zastoupen pouze rostlý terén, a digitálního modelu povrchu (DMP), který zahrnuje kromě terénu i stavby a vegetační pokryv. Tato metoda vychází po finanční stránce s ohledem na přesnost jako ekonomicky nejvýhodnější a i proto je často využívána především v západních zemích Evropy, dále v USA či Kanadě [5].

Specializované mapy s odborným obsahem jsou konstruovány tak, že v detailním výpočetním kroku povodňové události, tj. pro konkrétní průtok povodňové události na řešeném vodním toku, vyjadřují potenciální riziko pro jednotlivé nemovitosti v řešeném území, tj. v záplavovém území. Účelem specializovaných map s odborným obsahem je identifikace ohrožených nemovitostí/osob a jejich možné varování a informování hromadnými informačními prostředky, které umožňují plošné informování osob o hrozícím nebo vzniklém nebezpečí (v daném případě povodňové události při konkrétním průtoku). Hlavním motivem přípravy daného datového skladu je jeho možné napojení na automatické vyrozumívací systémy (viz druhé pilotní území – Beroun).

Pro získání relevantních výsledků bylo použito 2D modelu MIKE 21, který je založen na řešení Saint-Venantových diferenciálních rovnic (rovnice kontinuity a rovnice zachování hybnosti) metodou konečných diferencí v jednotlivých bodech půdorysné výpočetní sítě. Pracuje v neekvidistantní křivočaré síti, což znamená, že síť není pravoúhlá, ale dokáže se přizpůsobit tvaru území [2].

Pro potřeby prezentace dílčích výsledků byly modelovány povodňové průtoky na vodním toku Berounka (katastrální území Lety u Dobřichovic) v intervalu od 500 m3/s do 1460 m3/s ve zvoleném výpočetním kroku 60 m3/s a průtok 1500 m3/s jako konečný. Zvolený kalibrační průtok z povodně v červnu 2013 byl naměřen na limnigrafické stanici v Berouně a jeho hodnota je 990 m3/s – viz graf 1.

Graf č. 1. Modelované povodňové průtoky

4. Diskuse a závěr

Vytvořený mapový sklad, který je připraven na základě získaných výsledků z hydrodynamických modelů, bude propojený na prognózní hlásné profily. Připravené mapy pro pilotní území, tj. Lety u Dobřichovic, budou sloužit jako podklad pro krizový management obce, kdy modelované scénáře povodňové události propojením na předpovědní hlásné profily budou sloužit jako přednastavené filtry pro samotné vyrozumívání, respektive informování ohrožených osob před povodňovou událostí. Takto připravené mapové sady budou využívány pro samotné vyrozumění, kdy budou sloužit jako podklad určující počty ohrožených nemovitostí/osob za konkrétní povodňové události. Mapový soubor bude využíván jak v digitální podobě (www aplikace 2015) při vlastní krizové události, tak v analogové podobě jako příloha povodňového plánu.

Uvedením mapových sad do praxe dojde k výraznému zrychlení, zkvalitnění a zefektivnění rozhodovacích procesů v rámci činnosti bezpečnostních a záchranných složek státu v oblasti prevence krizového řízení, identifikace ohrožených osob a majetku, čímž dojde ke zvýšení bezpečnosti obyvatelstva a rovněž k eliminaci finančních ztrát na majetku občanů v důsledku krizového řízení. Dojde tak pomocí zavedení nástrojů GIS a jednotné/aktualizované datové základny k výraznému snížení výše finančních prostředků potřebných na zajištění odpovídající bezpečnosti občanů i jejich majetku a zároveň omezení škod na majetku a ztrátách na životech. Významným přínosem uvedení mapových sad do stávající bezpečnostní praxe je poskytnutí kvalitního rozhodovacího podkladu pro krizové manažery.

Uživateli výsledku budou instituce státní správy a samosprávy, tj. ústřední orgány státní správy (Ministerstvo vnitra, Ministerstvo životního prostředí, Ministerstvo zemědělství, Ministerstvo pro místní rozvoj, Ministerstvo zdravotnictví) a jejich podřízené instituce, zejména v oblastech regionálního plánování, vodohospodářského plánování, krizového řízení, atd. Největší uplatnění výsledků lze předpokládat na úrovni obcí s rozšířenou působností (ORP). V rámci řešení daného projektu byla uzavřena smlouva o spolupráci/využití výsledků s pilotními územími, tj. obcí Lety a městem Beroun.

Literatura/References