Vyhodnocení povodňové situace v červenci 1997

Souhrnná zpráva projektu

Návrat na obsah

4. HODNOCENÍ EXTREMITY POVODŇOVÝCH JEVŮ

 Cílem této části projektu je vyhodnocení pravděpodobných dob opakování červencových povodní jak z hlediska příčinných meteorologických tak následných hydrologických jevů. Problém byl řešen ve třech částech:

(1) posouzení výjimečnosti hydrosynoptické situace na základě srovnání s dostupnými historickými případy,

(2) rozbor extremity srážek z hlediska jejich velikosti a trvání, jakož i jimi zasažené plochy území,

(3) stanovení extremity kulminačních průtoků a objemů povodňových vln.

Výsledky jsou potřebné zejména pro:

 

4.1 Srovnání hydrosynoptické situace s historickými případy

Zkoumání historických případů zřídka se vyskytujících přírodních jevů je jedním z důležitých klíčů k objasnění mechanizmu jejich vzniku a vývoje v geografických podmínkách ČR. Na základě studia vztahů cirkulačních procesů v atmosféře k následným hydrologickým situacím lze konstatovat, že od počátku použitelných pozorování, tj. od 80. let minulého století nemá povodňová situace z července 1997 na území Moravy obdoby co do současného výskytu velikosti postiženého území, množství a trvání srážek a velikosti kulminačních průtoků a objemů odtoku. Se značným odstupem se teprve na druhé až třetí místo v pořadí řadí případy velkých známých povodní z července 1903 a září 1938.

Vezme-li se v úvahu celá ČR, zůstává ještě jako větší březnová povodeň roku 1845, která převyšuje ostatní povodně evidované v profilu Děčín na Labi za poslední dvě století. Za nejničivější svou náhlostí a počtem lidských obětí v novodobé historii se však stále považuje známá blesková povodeň v květnu 1872 po extrémních bouřkových průtržích mračen, které postihly zejména dolní tok Berounky a její přítoky. Podrobněji [Strachota et al., 1998].

Prostorová analýza postupů zaznamenaných 16 povodňových cyklón z let 1896 až 1997 ukázala, že tři dny před kulminací povodňových vln na Odře v Bohumíně se převážná část středů tlakových níží nacházela v oblasti Benátského zálivu (viz. obr. 4.1). Druhý den před kulminací se většina těchto cyklón přesouvá po dráze Vb nad jižní Polsko. Povodí Odry přitom zůstává vždy na jejich studené neboli týlové straně.

Studium sezonality povodní prokázalo, že v povodí Odry se vyskytují na větších tocích velké povodně pouze v letní polovině roku, na rozdíl od ostatních povodí na území ČR (Labe, Vltavy a Moravy), u nichž je hlavní nebo podružné maximum pozorováno většinou v březnu s podstatným táním sněhové pokrývky. Červencové maximum Odry se vysvětluje působením převážného počtu “jižních” cyklón, z nichž většina postupuje po zmíněné dráze Vb a vyvolává orografické vlivy návětří u Moravskoslezských Beskyd a Jeseníků, zesílené nálevkovým efektem terénní konfigurace.

Další zkoumání poloh středů a trajektorií cyklón, vyvolávajících velké srážky na severovýchodní Moravě, jejich vertikální struktury a geneze ovlivňované do značné míry orografií střední Evropy (Alpy a Karpaty) se ukazuje jako jeden z potřebných přístupů pro objasňování vzniku povodní v této oblasti.

 

4.2 Extremita srážek

V porovnání s obdobím 1961-1990 dosáhly měsíční úhrny srážek v oblasti Beskyd, Hrubého Jeseníku, Žďárských vrchů a v centrální části Krkonoš více než 50 % ročního normálu, ve vrcholových partiích Beskyd a Jeseníků dokonce kolem 80 %. Pětidenní úhrny srážek první epizody zde přesáhly 30 %, v nejvíce exponovaných oblastech až 60 % ročních úhrnů. Maximální pětidenní úhrny jádra druhé srážkové epizody činily kolem 20 % ročních normálů, a to jen v poměrně malých oblastech Krkonoš, Jizerských hor a části Hrubého Jeseníku.

Do výpočtů průměrné pravděpodobné doby opakování, viz [Květoň et al., 1998], byly zahrnuty soubory denních úhrnů srážek v každém úplném roce pozorování pro všechny stanice na Moravě od začátku jejich pozorování do roku 1996 (minimální délka řady 30 let). Hodnoty N-letosti jednodenních až dvoudenních srážek dosahovaly ve značném počtu případů 500 1000 let, u třídenních až pětidenních srážek 1000 a více let. Za zmínku stojí skutečnost, že na srážkově velmi exponované horské stanici Lysá hora činila v červenci 1997 doba opakování jednodenního úhrnu 87 let, dvoudenního 63 let, třídenního kolem 500 let, čtyřdenního 230 a pětidenního 200 let. Praděd měl dobu opakování denního úhrnu 83 let, ale doba opakování všech dalších vícedenních úhrnů přesáhla 1000 let (viz mapy 4.1 a, 4.1 b, 4.1 c).

Výjimečnost červencových povodní co do rozsahu postižených oblastí dokládají počty stanic s velkými úhrny: dvoudenní úhrn 200 mm překročilo 34 stanic, třídenní 250 mm přesáhlo 41 stanic, pětidenní úhrn 200 mm překročilo 92 stanic, přes 500 mm pak 6 stanic. V přehledech rekordních hodnot výrazně převládá oblast Beskyd, severní a západní části Hrubého Jeseníku, a to tím více, čím delší trvání srážek se uvažuje. Dále následují hřebeny Krkonoš a Šumava.

K výpočtům průměrných srážkových úhrnů pro jednotlivá povodí, příslušející vyhodnocovaným vodoměrným stanicím, byly použity údaje v povodí Labe ze 175 srážkoměrných stanic s obdobím pozorování mezi roky 1889-1997, v povodí Odry z 51 srážkoměrných stanic s obdobím pozorování 1877-1997, v povodí horní Moravy včetně Bečvy ze 43 srážkoměrných stanic s obdobím pozorování 1882-1997 a pro přítoky dolní Moravy z 15 stanic s obdobím pozorování 1890-1997. Z nich byly odvozeny čáry opakování pětidenních srážek (na přítocích dolní Moravy třídenních), a to ze souborů se započtením roku 1997 a bez jeho zařazení.

V povodí Labe činila nejdelší doba opakování příčinných srážek ze souboru se započteným rokem 1997, v povodí Tiché Orlice N = 100 let a na přítoku Třebovka 150 let. 100letá doba opakování byla též dosažena na Metuji. V povodí Odry se doba opakování srážek na povodích vyhodnocovaných vodoměrných stanic pohybovala v intervalu od 200 až do 500 let, např. na Opavě v Opavě dosáhla 450 let. Na Stěnavě, která protéká Broumovským výběžkem v Čechách, byla doba opakování pouze 60 let. Na horním toku Moravy doba opakování srážek se pohybovala v rozmezí 500 až 1000 let, na přítocích horní Moravy 200 až 500 let, v povodí Bečvy 400 až 600 let, na přítocích Moravy z Hostýnských vrchů 600 až 800 let a na Českomoravské vrchovině 50 až 300 let.

 

4.3 Kulminační průtoky a objemy povodňových vln

K hodnocení dob opakování průtoků a objemů povodňových vln bylo vybráno 36 vodoměrných stanic z povodí Labe, Odry a Moravy. Při výběru se přihlíželo zejména k délce pozorovaných řad maximálních (kulminačních) a průměrných průtoků. Všechny vybrané vodoměrné stanice jsou obsaženy v mapě 4.2.

 

4.3.1. Hodnocení extremity průtoků

Pro hodnocení dob opakování průtoků ve vybraných vodoměrných stanicích byly využity řady maximálních kulminačních a průměrných denních průtoků, z nichž byly vytvořeny soubory za letní a zimní pololetí.

Průměrné a kulminační průtoky byly pro území ČR vyhodnoceny v rámci zpracování návrhových dat po ukončení padesátiletí 1931-1980. Kulminační průtoky (největší hodnota v každém hydrologickém roce) byly zpracovány za co možná nejdelší období pozorování včetně historických povodní.

Na obrázku 4.2 je znázorněn průběh ročních maximálních průtoků ve stanici Šumperk.

Pro odvození čar opakování bylo zvoleno více teoretických rozdělení. V povodí horní a dolní Moravy byla pro devět vybraných stanic použita i metoda pětiparametrického logaritmicko-normálního rozdělení. V konečné fázi bylo vybráno vždy to rozdělení, které bylo nejpřiléhavější k empirickému rozdělení. Na základě tohoto zpracování byla stanovena doba opakování kulminačních průtoků červencové povodně jak pro roční tak i pro letní řady, a to pozorovaných a ve stanicích pod vodními díly i odovlivněných průtoků. Porovnání takto odvozených dob opakování je znázorněno pomocí sloupcových grafů pro jednotlivá povodí na obrázcích 4.3, 4.4, 4.5 a 4.6.

Výsledky ze všech přístupů dávají zpravidla delší doby opakování z varianty bez uvažování červencové povodně než z varianty s jejím uvažováním. Doby opakování ze zpracování průměrných denních průtoků zpravidla vycházejí kratší než ze zpracování kulminačních průtoků.

Z jednotlivých přístupů byly získány doby opakování, které se v každé hodnocené stanici pohybovaly v určitém intervalu. Pro stanovení výsledné doby opakování kulminačního průtoku povodně byl vybrán soubor ročních kulminačních průtoků s uvažováním červencové povodně. To znamená, že uvedené hodnoty neodpovídají současně platným hydrologickým údajům poskytovaným ČHMÚ. Výsledné doby opakování N jsou uvedeny v tabulce 4.1 ve dvou posledních sloupcích. V prvém z nich odpovídají výsledkům zpracování, ve druhém jsou vyjádřeny pomocí standardních kvantilů, případně jejich intervalů. Tyto údaje zřetelně ilustrují vývoj odhadů dob opakování směrem po toku.

V povodí Labe vykazovalo nejdelší dobu opakování červencové povodně Tichá Orlice s hodnotou kolem 200 let. Na Orlici pod soutokem Tiché Orlice s Divokou Orlicí ve stanici Týniště nad Orlicí byla doba opakování kolem 70 let. Na ostatních tocích v hodnocených stanicích byly dosažené doby opakování kratší.

V povodí Odry nejdelší doby opakování vykazoval tok Opavy s výslednou hodnotou v Krnově N=700 let, v Opavě 500 let, v Děhylově 300 let pro kulminační průtok pozorovaný a 500 let pro průtok odovlivněný. Zde je patrný velký vliv VD Slezská Harta. Na vlastním toku Odry ve stanici Svinov byla N=200 let, v Bohumíně 200 let pro kulminační průtok pozorovaný a 300 let pro průtok odovlivněný.

Na vlastním toku Moravy vycházela nejdelší doba opakování ve stanici Raškov N=800 let. Tato hodnota byla nejvyšší v rámci všech 36 vyhodnocovaných stanic. Dále po toku Moravy se doby opakování zkracovaly, v Moravičanech to bylo 700 let, v Olomouci 500, v Kroměříži 300, ve stanici Spytihněv 200 let a ve Strážnici měl kulminační průtok charakter 100leté povodně.

Ve stanici Strážnice trval několik dní průtok cca 600 m3.s-1, po protržení železničního náspu stoupl na 900 m3.s-1. Neovlivněný kulminační průtok byl odhadnut na 625 m3.s-1. Od začátku pozorování stanice v roce 1916 se zde vyskytly několikrát průtoky těsně nad 600 m3.s1, takže doba opakování vycházela cca 30 let. Pouze pětiparametrické rozdělení vykazovalo pro 625 m3.s-1 N= 75 - 100 let a pro 900 m3.s-1 asi 150 let. Výsledná doba opakování byla stanovena odborným odhadem na 100 let.

Při zhodnocení lze konstatovat, že zřetelný nárůst dob opakování kulminačních průtoků nastává směrem k Hrubému Jeseníku. Je to způsobeno především tím, že déšť byl velmi vydatný ve vyšších a horských polohách a navíc byly zasaženy současně neobvykle velké plochy. Proto v nižších polohách již docházelo k výraznější transformaci velikosti kulminačního průtoku, a tím ke zkracování jeho dob opakování.

Z přítoků dolní Moravy měla nejdelší dobu opakování kulminačních průtoků Moštěnka, tekoucí z Hostýnských vrchů, a to ve stanici Prusy 300 let. I když zde ze zpracování ročních kulminačních průtoků s uvažováním červencové povodně vycházela doba opakování 400 let, při výsledném odhadu doby opakování bylo přihlédnuto k  výsledkům ze zpracování letní sezóny a k poznatkům z ostatních přístupů. Na ostatních přítocích Moravy byly doby opakování kratší.

V povodí Bečvy vycházela nejdelší doba opakování ve stanici Krásno na Rožnovské Bečvě 150 let, nejkratší na Vsetínské Bečvě ve Vsetíně pouze 20 let. Na Bečvě pod soutokem Vsetínské a Rožnovské Bečvy ve stanici Teplice dosahovala doba opakování 100 let. Zpracování jak ročních a letních kulminačních průtoků tak i denních průtoků v Dluhonicích dávalo dobu opakování kratší (cca 50-70 let), pětiparametrické rozdělení naopak delší (cca 200 let). Výsledná doba opakování kulminačního průtoku byla proto i ve stanici Dluhonice stanovena odborným odhadem na 100 let.

V rámci předchozího výzkumu byla zpracována metodika a program na odvození intervalového odhadu N-letých průtoků. Odvozená hodnota doby opakování kulminačního průtoku leží uvnitř intervalu, ohraničeného horní a dolní mezí, charakterizujícího její přesnost. Pro ilustraci se uvádí příklad intervalového odhadu čar opakování ročních maximálních průtoků na hladině významnosti 95 % pro stanici Šumperk na Desné, a to s uvažováním červencové povodně na obr. 4.7. Z grafu je patrné, že hodnota doby opakování se nachází v intervalu 150 - 800 let.

Vyhodnocené kulminační průtoky povodňových vln v červenci 1997 byly pro zajímavost porovnány s historickými povodněmi, které se vyskytly na území ČR v průběhu 19. a 20. století. Na obr. 4.8 jsou vyneseny specifické kulminační průtoky z červencové povodně 1997 rozlišené po jednotlivých povodích a specifické kulminační průtoky historických povodní v závislosti na ploše povodí. V grafu je dále vynesena obalová čára maximálních specifických průtoků, která byla odvozena v ČHMÚ [Kulasová et al., 1996]. Polohy jednotlivých bodů v grafu vůči obalové čáře nekorespondují s dobou opakování kulminačních průtoků. Například povodně na horním toku Moravy s nejdelší vyhodnocenou dobou opakování červencové povodně jsou vzdálenější od obalové čáry než povodně z  povodí Odry nebo Bečvy s kratší vyhodnocenou dobou opakování červencové povodně.

Na obr. 4.9 je ve 36 stanicích vynesen poměr Q100 odvozeného včetně červencové povodně ke stávajícímu Q100. Sloupcový graf signalizuje, že v povodích, kde je tento poměr příliš odlišný od jedničky (např. povodí horní Moravy a Bečvy), bude třeba stávající N-leté průtoky přehodnotit.

 

4.3.2 Hodnocení objemů odtoku

Vstupem pro hodnocení objemů odtoku byly řady průměrných denních průtoků ve vodoměrných stanicích za celé období pozorování. Objemy povodní vyjádřované v odtokových výškách byly analyzovány (na základě posouzení hydrogramů červencových povodní 1997) pro vodoměrné stanice v Čechách za 7 dní (souměrně 3 dny před a 3 dny po výskytu maximálního jednodenního průtoku), pro stanice na Moravě za 11 dní (souměrně 5 dní před a 5 dní po výskytu maximálního jednodenního průtoku). Navíc pro stanice na dolním toku Moravy (od profilu Olomouc níže), kde se trvání povodně výrazně prodloužilo vlivem akumulace v inundačních územích, byly zpracovány odtokové výšky za 26 dní (5 dní před a 20 dní po výskytu maxima). Ve všech případech se posuzovaly varianty jednak se započtením, jednak bez uvažování červencových povodní.

První způsob zpracování využívá poměrů dob opakování odtokových výšek za T dní a dob opakování kulminačních průtoků (Nmax). Byly použity výše pojednané výsledné hodnoty Nmax z varianty s uvažováním červencových povodní. Druhý způsob zpracování je založen na porovnání dob opakování odtokových výšek za 7 či 11 dní a doby opakování maximální jednodenní odtokové výšky.

V povodí Moravy nad zaústěním Bečvy jen ve dvou případech vyšla doba opakování odtokové výšky za 11 dní větší (nevýznamně) než doba opakování maximálního jednodenního odtoku. Ve všech profilech, kde doba opakování maximálního jednodenního odtoku dosáhla nebo překročila 100 let, byly povodňové vlny z července 1997 z hlediska jejich objemu odtoku za 11 dní méně extrémní, než z hlediska maximální jednodenní odtokové výšky.

Ve všech profilech v povodí Bečvy jsou doby opakování příslušné odtokové výšky za 11 dní podstatně delší, než doby opakování maximálního jednodenního odtoku. V souhrnu lze konstatovat, že z hlediska objemu byla povodeň v červenci 1997 podstatně extrémnější pouze v povodí Bečvy a Ostravice, tj. v oblasti Beskyd, než z hlediska maximálního jednodenního odtoku nebo kulminačního průtoku.

V geograficky navazujícím povodí horní Odry, povodí Opavy i v oblasti Vsetínských a Hostýnských vrchů měly toky povodeň s přibližně stejnou dobou opakování jednodenního i 11denního odtoku. Obdobný charakter měly povodně v povodí horní Moravy (Jeseníky).

V zasažené části povodí Labe, Svitavy a Svratky nedosáhly doby opakování 7denních, příp. 11denních odtokových výšek tak velkých hodnot, jako u výšek maximálních jednodenních odtoků nebo kulminačních průtoků.

Výsledky výpočtů odtokových výšek zvoleného trvání a pravděpodobnosti P jejich překročení podmíněné výskytem určité velikosti jednodenního maximálního odtoku ilustruje obr. 4.10 pro stanici Teplice na Bečvě. Z obrázku vyplývá, že objem vlny za 11 dní z července 1997 s odtokovou výškou asi 185 mm má pravděpodobnost současného výskytu s 57 mm odtoku ve dni kulminace asi 40 %.

Dále byly porovnávány doby opakování příčinných srážkových výšek na povodí s opakováním odtokových výšek a kulminačních průtoků - viz obr. 4.11.

Odtokové výšky mají většinou kratší doby opakování než odpovídající výšky srážek. V oblasti doby opakování srážkových úhrnů přibližně 100 let je střední hodnota doby opakování odtokových výšek asi 50 let, době opakování srážek 1000 let odpovídá podle střední závislosti doba opakování odtokových výšek cca 300 let. Největší (relativní) rozdíly mezi dobami opakování srážek a odtoků jsou patrné v povodí Bečvy, Moštěnky, Dřevnice, Moravské Sázavy, Metuje a zejména Chrudimky. Vysvětlení rozdílů mezi dobami opakování srážkových a odtokových výšek lze hledat zejména v tom, že srážky vypadly do poměrně málo nasyceného povodí a na odtokovou ztrátu, která se ve většině povodí pohybovala v rozmezí 50 až 120 mm, se spotřebovala znatelná část srážek.

Na obr. 4.12 jsou proti dobám opakování srážkových výšek vyneseny doby opakování kulminačních průtoků. I v tomto porovnání platí, že doby opakování kulminačních průtoků jsou v průměru kratší než doby opakování srážkových výšek. Rozdíly však jsou méně významné než při obdobném porovnání s odtokovými výškami. Přibližně v jedné třetině případů je naopak doba opakování kulminačního průtoku poněkud větší než doba opakování srážek. Mezi tyto případy patří zejména toky, jejichž povodí leží v oblasti Jeseníků.

Dobám opakování výšek srážek 300 až 800 let odpovídají doby opakování kulminačních průtoků 20-300 let u všech stanic z povodí Bečvy, Ostravice, u stanic na Moštěnce, Rusavě a Dřevnici, a na Odře ve Svinově.. Obdobný charakter poměrů mezi dobami opakování, ale v oblasti podstatně menších absolutních velikostí, byl zjištěn v povodí Třebůvky, Svitavy, Třebovky a Loučné s extrémem opět na Chrudimce. Tato povodí vytvářejí souvislou oblast, obdobně vycházejí i porovnání pro Divokou Orlici a Metuji.

Jako doplněk těchto rozborů byla provedena pro všechny hodnocené stanice analýza odtokové ztráty, což je rozdíl mezi výškou srážek a výškou odtoku - tj. zejména výpar, intercepce a infiltrace. Tuto veličinu lze považovat za základní charakteristiku schopnosti povodí redukovat povodňový odtok. Výsledky uvedené v grafu na obr. 4.13 ukazují, že mezi odtokovou ztrátou a výškou srážek existuje volný korelační vztah. Rámcově platí, že při větší srážce se projeví větší odtoková ztráta. Horní hranice odtokové ztráty při zkoumané povodni byly přibližně 140 mm. Výsledky uvedeného rozboru ukazují, že i při extrémních úhrnech srážky v červenci 1997 celková retenční schopnost povodí ve většině povodí způsobila podstatné zmenšení objemu povodňového odtoku. Odtoková ztráta je ovlivněna zejména velikostí srážky. Na povodích z flyšové oblasti je v průměru přibližně o 20 mm menší, než na povodích z krystalinika, na povodích v křídě je naopak znatelně větší.

Návraty:

Obsah

Přílohy

Konec

© Copyright Český hydrometeorologický ústav