Výška hladiny, průtok a povodňová aktivita jako klíčové ukazatele stavu řek
Kolik vody teče v potocích a řekách? Otázku, kterou si často pokládají především vodáci, ale samozřejmě i všichni další, jejichž život nebo aktivity jsou nějakým způsobem s tekoucí vodou spojeny. Vody může být někdy málo, pak mluvíme o hydrologickém suchu, jindy naopak hodně, pak hrozí povodně.
Svislý vodočet na Olešenském potoce v Ledči nad Sázavou, zdroj: cs.wikipedia.org
Výška hladiny
Základními údaji, které se v souvislosti s množstvím vody v řekách a potocích udávají, jsou vodní stav a průtok. Vodní stav popisuje, do jaké výšky sahá vodní hladina, vyjadřuje se zpravidla v centimetrech (u velkých řek i v metrech). Jde o výšku nad zvolenou výškovou úrovní v daném místě, což – možná poněkud překvapivě – nevyjadřuje skutečnou hloubku toku. Jedná se totiž o vertikální vzdálenost nad nulovou hodnotou tzv. vodočtu. A ta je umístěna v takové hloubce, aby – kromě případů extrémního sucha či vyschnutí koryta – byla vždy pod vodní hladinou. Důvodem, proč nula vodočtu není umístěna na samotném dnu, je riziko ovlivnění případnými změnami dna toku, například nánosem štěrku a podobně. Vodočtem pak rozumíme zařízení nebo přístroj, který má pevnou stupnici umožňující vizuální čtení vodního stavu v daném okamžiku. Má podobu buď svislé, případně i šikmé vodočetné latě, umístěné v korytě vodního toku, často třeba na nábřežní zdi, pilíři mostu anebo na jiném vhodném místě koryta. Zde je vhodné zdůraznit, že je současně známa nadmořská výška nulové hodnoty vodočtu, proto je pak možné vyjadřovat vodní stav i v podobě výšky hladiny nad mořem. Vodní stav můžeme samozřejmě měřit i automaticky, pomocí tzv. limnigrafu. Ten je buď umístěn vedle toku a měří se vertikálním pohybem plováku v šachtě propojené u dna s vodním tokem, nebo přímo nad řekou či potokem (například mostě) pomocí ultrazvukových limnigrafů. Výhodou automatického měření je samozřejmě možnost kontinuálního měření vodního stavu.
Princip měření průtoku akustickým průtokoměrem – loď pluje po hladině zleva doprava a měří na základě Dopplerova jevu rychlost částic proudící vody (barevně), zdroj: ysi.com
Průtok
Průtokem rozumíme objem vody, který proteče příčným profilem vodního toku za jednotku času, zpravidla jednu sekundu. Je přímo úměrný ploše profilu a rychlosti proudění toku rychlosti. Měřit lze několika způsoby, přičemž tradiční metodou je využití hydrometrické vrtule, která se otáčí podle rychlosti proudění. Měření probíhá v několika vertikálách v různých hloubkách a vzdálenostech od řeky, na jejich základě pak lze sestavit celkovou plochu průřezu koryta a průměrnou rychlost, z čehož dopočteme průtok. Moderní systémy využívají bezdotykových metod založených na akustickém měření, kdy zpravidla měřicí člun na hladině vysílá zvukové vlny, které se odrážejí od částic pohybujících se ve vodě v různých hloubkách. Z rozdílu frekvence vysílaných a zpětně detekovaných vln (tedy na základě Dopplerova jevu) se vypočítá rychlost pohybu částice. Následně pak můžeme proměřit situaci v rámci daného koryta a zjistit průtok. Provedeme-li vícero měření průtoků za různých vodních stavů, lze posléze sestavit měrnou křivku průtoků. A ta na základě znalosti vodního stavu umožní určit, resp. odhadnout průtok daného toku. Měrné křivky se často mění, například při zanášení dna, kdy se mění profil koryta, proto je nutné je často aktualizovat.
N-letý průtok
V souvislosti s průtoky mluvíme občas o N-letém průtoku. Jde o takový průtok, který je dosažen nebo překročen v průměru jednou za N let. N-leté průtoky se stanovují na základě pozorovaných kulminačních (tedy při dané situaci maximálních) průtoků z časových řad vodoměrných stanic ve vztahu k jejich pravděpodobnosti odpovídající zvoleným dobám opakování. Využívají se například pro navrhování protipovodňových opatření, dimenzování mostů, při projektování přehrad apod. V praxi je označujeme písmenem Q s příslušným dolním indexem. Q100 znamená stoletý průtok, tedy maximální hodnota, které průtok v průměru dosáhne jednou za sto let.
Teplota vody
Dalším parametrem, který v souvislosti s řekami můžeme využít, je teplota vody. Její měření je v podstatě velmi jednoduché – pomocí stabilních čidel umístěných v korytě řeky blízko vodoměrných stanic, opět umístěných tak, aby odolaly například poklesu hladiny při velkém suchu, případně zámrzu v zimním období. Pokud přesto tyto situace nastanou, významně ovlivní měření. Dodejme, že v rychle tekoucích řekách se voda promíchává, takže teplota vody se tam příliš nemění s hloubkou, odlišná (v létě zpravidla teplejší a v zimě chladnější) může být v mělkých zálivech, kde voda moc neproudí.
SPA
Míru povodňového nebezpečí vyjadřují stupně povodňové aktivity (SPA). Jsou tři a představují jednoduché číselné označení situace z hlediska míry ohrožení obyvatelstva a jeho majetku možnou nebo právě probíhající povodní. 1. SPA – bdělost (označuje se žlutě) – znamená, že nastává nebezpečí povodně, přičemž je třeba věnovat zvýšenou pozornost vodnímu toku. Voda ale zpravidla zůstává v korytu. 2. SPA – pohotovost (označuje se oranžově) – nastává, když nebezpečí přirozené povodně přerůstá v povodeň, ale nedochází ještě k větším rozlivům a škodám mimo koryto. Při 2. SPA se aktivizují povodňové orgány a další účastníci ochrany před povodněmi, uvádějí se do pohotovosti prostředky na zabezpečovací práce, provádějí se opatření ke zmírnění průběhu povodně podle povodňového plánu. 3. SPA – ohrožení (označuje se červeně) – představuje situaci, kdy existuje bezprostřední riziko vzniku nebezpečí nebo škod velkého rozsahu včetně ohrožení životů a majetku v zaplavovaném území. Konají se povodňové zabezpečovací práce podle povodňových plánů a podle potřeby záchranné práce nebo evakuace. V případě výskytu 50letého průtoku pak hovoříme o extrémní povodni (často se označuje fialově). Limity pro příslušný vodní tok se liší v závislosti na lokalitě a tvaru koryta i jejího okolí tak, aby byla splněna uvedená kritéria nebezpečnosti jednotlivých SPA.
Ukázka vývoje vodního stavu Radbuzy ve Staňkově s vyznačením prvního SPA a sucha (hladina je modrou čarou a je na úrovni sucha, bezpečně daleko od 1. SPA), zdroj: in-pocasi.cz
Svislý vodočet na Olešenském potoce v Ledči nad Sázavou, zdroj: cs.wikipedia.org
Výška hladiny
Základními údaji, které se v souvislosti s množstvím vody v řekách a potocích udávají, jsou vodní stav a průtok. Vodní stav popisuje, do jaké výšky sahá vodní hladina, vyjadřuje se zpravidla v centimetrech (u velkých řek i v metrech). Jde o výšku nad zvolenou výškovou úrovní v daném místě, což – možná poněkud překvapivě – nevyjadřuje skutečnou hloubku toku. Jedná se totiž o vertikální vzdálenost nad nulovou hodnotou tzv. vodočtu. A ta je umístěna v takové hloubce, aby – kromě případů extrémního sucha či vyschnutí koryta – byla vždy pod vodní hladinou. Důvodem, proč nula vodočtu není umístěna na samotném dnu, je riziko ovlivnění případnými změnami dna toku, například nánosem štěrku a podobně. Vodočtem pak rozumíme zařízení nebo přístroj, který má pevnou stupnici umožňující vizuální čtení vodního stavu v daném okamžiku. Má podobu buď svislé, případně i šikmé vodočetné latě, umístěné v korytě vodního toku, často třeba na nábřežní zdi, pilíři mostu anebo na jiném vhodném místě koryta. Zde je vhodné zdůraznit, že je současně známa nadmořská výška nulové hodnoty vodočtu, proto je pak možné vyjadřovat vodní stav i v podobě výšky hladiny nad mořem. Vodní stav můžeme samozřejmě měřit i automaticky, pomocí tzv. limnigrafu. Ten je buď umístěn vedle toku a měří se vertikálním pohybem plováku v šachtě propojené u dna s vodním tokem, nebo přímo nad řekou či potokem (například mostě) pomocí ultrazvukových limnigrafů. Výhodou automatického měření je samozřejmě možnost kontinuálního měření vodního stavu.
Princip měření průtoku akustickým průtokoměrem – loď pluje po hladině zleva doprava a měří na základě Dopplerova jevu rychlost částic proudící vody (barevně), zdroj: ysi.com
Průtok
Průtokem rozumíme objem vody, který proteče příčným profilem vodního toku za jednotku času, zpravidla jednu sekundu. Je přímo úměrný ploše profilu a rychlosti proudění toku rychlosti. Měřit lze několika způsoby, přičemž tradiční metodou je využití hydrometrické vrtule, která se otáčí podle rychlosti proudění. Měření probíhá v několika vertikálách v různých hloubkách a vzdálenostech od řeky, na jejich základě pak lze sestavit celkovou plochu průřezu koryta a průměrnou rychlost, z čehož dopočteme průtok. Moderní systémy využívají bezdotykových metod založených na akustickém měření, kdy zpravidla měřicí člun na hladině vysílá zvukové vlny, které se odrážejí od částic pohybujících se ve vodě v různých hloubkách. Z rozdílu frekvence vysílaných a zpětně detekovaných vln (tedy na základě Dopplerova jevu) se vypočítá rychlost pohybu částice. Následně pak můžeme proměřit situaci v rámci daného koryta a zjistit průtok. Provedeme-li vícero měření průtoků za různých vodních stavů, lze posléze sestavit měrnou křivku průtoků. A ta na základě znalosti vodního stavu umožní určit, resp. odhadnout průtok daného toku. Měrné křivky se často mění, například při zanášení dna, kdy se mění profil koryta, proto je nutné je často aktualizovat.
N-letý průtok
V souvislosti s průtoky mluvíme občas o N-letém průtoku. Jde o takový průtok, který je dosažen nebo překročen v průměru jednou za N let. N-leté průtoky se stanovují na základě pozorovaných kulminačních (tedy při dané situaci maximálních) průtoků z časových řad vodoměrných stanic ve vztahu k jejich pravděpodobnosti odpovídající zvoleným dobám opakování. Využívají se například pro navrhování protipovodňových opatření, dimenzování mostů, při projektování přehrad apod. V praxi je označujeme písmenem Q s příslušným dolním indexem. Q100 znamená stoletý průtok, tedy maximální hodnota, které průtok v průměru dosáhne jednou za sto let.
Teplota vody
Dalším parametrem, který v souvislosti s řekami můžeme využít, je teplota vody. Její měření je v podstatě velmi jednoduché – pomocí stabilních čidel umístěných v korytě řeky blízko vodoměrných stanic, opět umístěných tak, aby odolaly například poklesu hladiny při velkém suchu, případně zámrzu v zimním období. Pokud přesto tyto situace nastanou, významně ovlivní měření. Dodejme, že v rychle tekoucích řekách se voda promíchává, takže teplota vody se tam příliš nemění s hloubkou, odlišná (v létě zpravidla teplejší a v zimě chladnější) může být v mělkých zálivech, kde voda moc neproudí.
SPA
Míru povodňového nebezpečí vyjadřují stupně povodňové aktivity (SPA). Jsou tři a představují jednoduché číselné označení situace z hlediska míry ohrožení obyvatelstva a jeho majetku možnou nebo právě probíhající povodní. 1. SPA – bdělost (označuje se žlutě) – znamená, že nastává nebezpečí povodně, přičemž je třeba věnovat zvýšenou pozornost vodnímu toku. Voda ale zpravidla zůstává v korytu. 2. SPA – pohotovost (označuje se oranžově) – nastává, když nebezpečí přirozené povodně přerůstá v povodeň, ale nedochází ještě k větším rozlivům a škodám mimo koryto. Při 2. SPA se aktivizují povodňové orgány a další účastníci ochrany před povodněmi, uvádějí se do pohotovosti prostředky na zabezpečovací práce, provádějí se opatření ke zmírnění průběhu povodně podle povodňového plánu. 3. SPA – ohrožení (označuje se červeně) – představuje situaci, kdy existuje bezprostřední riziko vzniku nebezpečí nebo škod velkého rozsahu včetně ohrožení životů a majetku v zaplavovaném území. Konají se povodňové zabezpečovací práce podle povodňových plánů a podle potřeby záchranné práce nebo evakuace. V případě výskytu 50letého průtoku pak hovoříme o extrémní povodni (často se označuje fialově). Limity pro příslušný vodní tok se liší v závislosti na lokalitě a tvaru koryta i jejího okolí tak, aby byla splněna uvedená kritéria nebezpečnosti jednotlivých SPA.
Ukázka vývoje vodního stavu Radbuzy ve Staňkově s vyznačením prvního SPA a sucha (hladina je modrou čarou a je na úrovni sucha, bezpečně daleko od 1. SPA), zdroj: in-pocasi.cz
Encyklopedie počasí
Přečtěte si další články z naší rozsáhlé encyklopedie počasí, která shrnuje poznatky o meteorologii a počasí. Pochopíte řadu základních meteorologických prvků a způsob vytváření předpovědí počasí.
