1. No category

asist. M. MÜLLER
prof. dr. F. STEINMAN, G. NOVAK
- 185 -
AKTUALNI PROJEKTI S PODROČJA
UPRAVLJANJA Z VODAMI IN UREJANJA VODA
asist. Matej MÜLLER*
prof. dr. Franci STEINMAN*
Gorazd NOVAK *
HIDRAVLIČNI MODELI ZA PREKOMEJNO USKLAJEVANJE
PROTIPOPLAVNIH UREDITEV V G. RADGONI
POVZETEK
V sklopu projekta Dra-Mur-CI, ki poteka v okviru evropskega teritorialnega sodelovanja, se izdelujejo
2D hidravlični modeli odseka mejne Mure. V projektu sodelujejo tako slovenski kot tudi avstrijski
partnerji, glavni uporabniki rezultatov projekta pa bodo ustrezni organi upravljanja voda za Prekmurje
in Podravje v Sloveniji ter Štajersko in Koroško v Avstriji. Čezmejno sodelovanje, med Avstrijo in
Slovenijo je v tem primeru zelo pomembno, saj lahko ukrepi za varstvo pred poplavami vplivajo na
vodni režim in s tem na poplavno nevarnost območja v sosednji državi. Zato je treba vplive takšnih
posegov v naravno okolje obravnavati celovito. V ta namen so bili na UL FGG izdelani 2D hidravlični
modeli za celoten odsek mejne Mure. Območje je bilo razdeljeno na tri odseke, za vsak odsek pa je bil
izdelan hidravlični model s programsko opremo MIKE Flood, ki združuje 1D model za strugo in 2D
model za poplavna območja. V končni obdelavi so bili rezultati vseh treh modelov ponovno združeni v
celoto. Za verifikacijo končnih rezultatov je bil uporabljen 2D model, ki zajema tako strugo kot tudi
poplavna območja. S takšnim pristopom je bilo možno združiti pozitivne lastnosti obeh vrst modeliranja
in s tem izboljšati točnost končnih rezultatov. Model, ki zajema področje Gornje Radgone / Bad
Radkersburg bo pa dan kot primer, kjer bodo analizirani tako slovenski kot tudi avstrijski ukrepi za
varstvo pred poplavami. Glavni namen izdelave hidravličnih modelov mejne Mure je tako analiza vpliva
načrtovanih ukrepov na poplavno nevarnost in priprava kart poplavne nevarnosti tako, da bodo v
skladu s predpisi obeh držav.
UVOD
Projekt Dra-Mur-CI se sklada s cilji dveh evropskih direktiv, to je Vodne direktive (Direktiva 2000/60/ES
Evropskega parlamenta in Sveta, ki določa okvir za delovanje Skupnosti na področju vodne politike) in
Poplavne direktive (Direktiva 2007/60/ES Evropskega parlamenta in Sveta o oceni in obvladovanju
poplavne ogroženosti). Prva direktiva pokriva področje načrtovanja in izvajanja programov,
vključevanje javnosti ter vzdrževanje rečnih korit, medtem ko se druga direktiva ukvarja s problemi
poplavljanja, vključujoč cilje kriznega vodenja med poplavami, načrtovanje poplavnega tveganja in
določevanja poplavnih območij. To bo doseženo z intenzivnim čezmejnim sodelovanjem in
izmenjavanjem izkušenj.
Glavni cilji projekta so poglobljene raziskave in razvoj na področju upravljanja z vodami in čezmejnega
sodelovanja. Hidrološke in hidravlične analize reke Drave in Mure bodo služile kot osnova za poplavno
informacijske platforme, izdelavo kart poplavne nevarnosti ter za izboljšanje bilateralnih obveščevalnih
in akcijskih načrtov. Eden izmed glavnih ciljev je prav tako določitev in izvedba ustreznih
protipoplavnih ukrepov za zagotavljanje poplavne varnosti in ovrednotenje obeh rek v oziru naravnega
življenjskega okolja ter integriranega delovanja v obliki pilotnih projektov na obeh rekah (Dra-Mur-CI,
2011).
Ker se obravnavano območje deli med dve sosednji članici Evropske Unije (Avstrijo in Slovenijo), je
potrebno čezmejno sodelovanje, saj ima lahko vsakršen poseg v vodni in obvodni prostor na eni strani
meje tudi vpliv na poplavno nevarnost v sosednji državi. Tako je v projekt vključenih več partnerjev iz
obeh držav. Vsi partnerji so prikazani na spodnji sliki.
* asist.Matej MÜLLER, univ. dipl. inž. gradb., *prof.dr.Franci STEINMAN, univ. dipl. inž. gradb., *Gorazd NOVAK, univ. dipl. inž.
gradb., Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Hajdrihova 28, 1000 Ljubljana
22. MIŠIČEV VODARSKI DAN 2011
asist. M. MÜLLER
prof. dr. F. STEINMAN, G. NOVAK
- 186 -
AKTUALNI PROJEKTI S PODROČJA
UPRAVLJANJA Z VODAMI IN UREJANJA VODA
Ker se obravnavano območje deli med dve sosednji članici Evropske Unije (Avstrijo in Slovenijo), je
potrebno čezmejno sodelovanje, saj ima lahko vsakršen poseg v vodni in obvodni prostor na eni strani
meje tudi vpliv na poplavno nevarnost v sosednji državi. Tako je v projekt vključenih več partnerjev iz
obeh držav. Vsi partnerji so prikazani na spodnji sliki.
Amt KL … Sedež deželne vlade Koroške, oddelek
18
Amt ST … Sedež deželne vlade Štajerske, oddelek
19B
UL, FGG… Univerza v Ljubljani, Fakulteta za
gradbeništvo in geodezijo
UM, FG … Univerza v Mariboru, Fakulteta za
gradbeništvo
ARSO … Agencija Republike Slovenije za okolje,
oddelek . Maribor, oddelek Murska Sobota
MOP … Ministrstvo za okolje in prostor
VGP
V d
d k
dj tj D
Slika 17: Projektni partnerji
V sklopu delovnega paketa 2, ki obsega določitev poplavnega tveganja, izdelavo kart poplavne
nevarnosti in kataloga poplavnih scenarijev, se na Univerzi v Ljubljani izdelujejo številni hidravlični
modeli. Prvi obravnava vodno vozlišče Dravograd na slovenskem območju reke Drave [IV], kjer zaradi
odtočnega režima na državni meji potrebno mednarodno sodelovanje. Namen modela bo izdelava
kataloga poplavnih scenarijev, ki bo zasnovan na izračunih vnaprej določenih poplavnih scenarijev (kaj
bi lahko šlo narobe). Kot opora protipoplavnim ukrepom pri Malečniku je bil izdelan še model 3 km
odseka Drave na območju dolvodno od HE Zlatoličje. Izdelani so bili tudi hidravlični modeli območja
mejne Mure od avstrijsko-slovenske meje do vodomerne postaje Petanjci. Prispevek se osredotoča
prav na omenjene tri modele. V nadaljevanju bo predstavljen pristop k modeliranju mejnega rečnega
odseka, kjer morajo vhodni podatki z obeh strani meje, kot tudi končni rezultati modela (karte poplavne
nevarnosti) ustrezati zahtevam različnih predpisov obeh držav.
1
OBRAVNAVANO OBMOČJE IN PRISTOP K MODELIRANJU
Obravnavan odsek Mure poteka od mejnega prehoda Spielfeld vzdolž državne meje do Petanjcev pri
Radencih. Zaradi velikosti celotnega odseka, je bilo območje razdeljeno na tri dele, ki so prikazani na
sliki 2.
Slika 18: Območja hidravličnih modelov mejne Mure
Z namenom natančnejše določitve poplavnih površin, vodnih globin in hitrosti toka ter v splošnem
zaradi boljše kontrole končnih rezultatov sta bila vzporedno izdelana dva hidravlična modela v
različnem programskem okolju. Modelni orodji uporabljata drugačen pristop pri obravnavi toka vode
po strugi in poplavnih ravnicah. Tako MIKE Flood, ki je bil razvit na Danskem hidravličnem inštitutu
(DHI), združuje enodimenzionalni model rečne struge ter dvodimenzionalni model inundacij.
Uporabnost takšnega modela se kaže predvsem v krajšem računskem času in v možnosti vključevanja
različnih hidrotehničnih in drugih objektov (pragov, pregrad, mostov, modeliranje delovanja zapornic
22. MIŠIČEV VODARSKI DAN 2011
asist. M. MÜLLER
prof. dr. F. STEINMAN, G. NOVAK
- 187 -
AKTUALNI PROJEKTI S PODROČJA
UPRAVLJANJA Z VODAMI IN UREJANJA VODA
itd.) v vodni tok, kar pa je splošnem pri večini 2D modelov možno modelirati le s primernim
dvigovanjem in spuščanjem višine celic računske mreže. Pomanjkljivost takšnega pristopa so
povezave med 1D in 2D modelom, ki so definirane z raznimi poenostavitvami osnovnih enačb in v
večini ne upoštevajo prenosa vztrajnosti. Drugo modelno orodje, imenovano CCHE 2D, je bilo razvito
na Narodnem centru za računalniško dinamiko tekočin na Univerzi Misisipi (National Center for
Computational Hydroscience and Engineering at University of Mississippi) in omogoča 2D modeliranje
tako inundacij kot tudi struge. Omenjeno orodje tako ne vključuje povezav med 1D in 2D modelom.
Največja pomanjkljivost takšnega pristopa pa je velik računski čas zaradi povečanega števila celic v
numerični mreži, ki mora biti v območju struge precej zgoščena, saj prihaja na tem območju do velikih
naklonov (brežine).
2
2.1
VHODNI PODATKI IN VZPOSTAVITEV MODELOV
GEOMETRIJSKI PODATKI
Od geometrijskih podatkov so bili na voljo merjeni prečni prerezi iz leta 1998, merjeni prečni prerezi ter
točke prelivnih robov iz leta 2010 ter LIDAR meritve obvodnega prostora prav tako iz leta 2010.
Zraven modela, ki zajema stanje 2010 je tako bil dodatno vzpostavljen tudi model mejne Mure, ki
zajema stanje pred 10 leti. Z izdelavo takšnega modela, bodo možno razne analize spremembe
obsega poplavljenosti pred 10 leti in danes. Možna bo tudi primerjava rezultatov s starejšimi
hidravličnimi študijami.
Podatki, ki so bili na voljo za izdelavo hidravličnih modelov tako obsegajo meritve iz leta 2010:
• merjene prečne prereze struge
• merjene prečne prereze pritokov Drauchenbach, Sulzbach in Schwarzaubach
• merjene točke na območju prelivnih robov struge
• merjene vzdolžne prereze prelivnih robov
• LIDAR obvodnega prostora
ter dodatno meritve prečnih prerezov iz leta 1998. Iz vseh pridobljenih podatkov sta bila izdelana dva
digitalna modela reliefa. Prvi za stanje iz leta 1998 in drugi za stanje iz leta 2010. Slika 19 prikazuje
uporabljene geometrijske podatke za izdelavo DMR.
Slika 19: Vhodni geometrijski podatki (LIDAR ter meritve struge in prelivnih robov iz leta 2010)
22. MIŠIČEV VODARSKI DAN 2011
asist. M. MÜLLER
prof. dr. F. STEINMAN, G. NOVAK
- 188 -
AKTUALNI PROJEKTI S PODROČJA
UPRAVLJANJA Z VODAMI IN UREJANJA VODA
2.2 HIDROLOŠKI PODATKI
Hidrološki podatki, ki so bili na voljo obsegajo pretočne krivulje vodomernih postaj, merjene vodne
gladine pri preteklih dogodkih in podatke terenskih opazovanj (sledi visokih voda).
Tako so za umerjanje modelov, ki zajemajo stanje iz leta 1998 (modeli s staro strugo Mure) bile
uporabljene merjene gladine preteklih visokovodnih dogodkov iz let 1996, 1998 in 1999. Za umerjanje
modelov z novo geometrijo struge pa so bile uporabljene trenutne uradno veljavne pretočne krivulje
vodomernih postaj Spielfeld, Cmurek in G. Radgona. Slika 20 prikazuje vsa merilna mesta in
vodomerne postaje, za katere so bili na voljo hidrološki podatki.
Slika 20: Merilna mesta in vodomerne postaje
2.3 VZPOSTAVITEV MODELOV MEJNE MURE
Zaradi dolžine rečnega odseka, ki znaša 35 km in omejitev računalniškega spomina, je bilo celotno
območje razdeljeno na tri hidravlične modele.
Slika 21 prikazuje vzpostavitev omenjenih treh modelov z orodjem MIKE Flood.
Slika 21: vzpostavitev hidravličnih modelov na mejnem odseku reke Mure
Končni rezultati modelov morajo biti med seboj združljivi (pretočne krivulje ter vtočni – iztočni pretoki
struge in inundacij), saj je spodnji – iztočni pogoj gorvodnega modela hkrati zgornji – vtočni pogoj
dolvodnega modela. Z namenom, da se doseže čimboljša usklajenost vseh modelov, se le-ti med
seboj tudi prekrivajo. Ker so na celotnem obravnavanem odseku mejne Mure 4 vodomerne postaje, za
katere so bile pridobljene uradne, trenutno veljavno pretočne krivulje, so bila območja posameznih
modelov zastavljena tako, da se vsak model končna s spodnjim robnim pogojem na lokaciji
vodomerne postaje. Tako je spodnji robni pogoj 1. modela pretočna krivulja vodomerne postaje (VP)
Petanjci, 2. modela krivulja VP G.Radgona in 3. modela krivulja VP Cmurek.
V modelih so bili zastavljeni naslednji hidravlični robni pogoji:
22. MIŠIČEV VODARSKI DAN 2011
asist. M. MÜLLER
prof. dr. F. STEINMAN, G. NOVAK
•
•
•
- 189 -
AKTUALNI PROJEKTI S PODROČJA
UPRAVLJANJA Z VODAMI IN UREJANJA VODA
gorvodno: konstanten vtok (oziroma vstopni hidrogram v primeru nestalnega toka);
dolvodno: pretočne krivulje za korito (iz meritev) in inundacije (kombinacija meritev in
Manningove enačbe);
MIKE Flood: dodatne stranske povezave med rečno strugo (1D) in inundacijami (2D).
Kot že omenjeno so bile za umerjanje modelov s strugo iz leta 1998 uporabljene merjene gladine
preteklih visokovodnih dogodkov na večih lokacijah vzdolž struge, za umerjanje modelov z novo
geometrijo struge (iz leta 2010) pa so bile uporabljene trenutne pretočne krivulje vodomernih postaj.
Slika 22 prikazuje območja z različnimi vrednostmi koeficientov hrapavosti na obvodnem prostoru.
Koeficienti so bili ocenjeni glede na rabo tal in obsegajo naslednje vrednosti:
Tabela 1: Vrednosti koeficienta hrapavosti ng na poplavnih območjih glede na rabo tal
Raba tal
Njive
Gozd
Hiše (naselje)
Vrednost koeficienta ng
0,06
0,1
0,15
Slika 22: Območja z različnimi vrednostmi koeficientov hrapavosti po inundacijah
3
REZULTATI
Rezultati modela obsegajo: višine vodne gladine, vodne globine, hitrosti toka, specifične pretoke,
strižne napetosti in Froudova števila. Izračune je moč prikazati na celotnem modelnem področju, ali
vzdolž določenih linij. Osredotočilo pa se je predvsem na globine in hitrost toka, saj sta ta podatka
ključna za določitev kart poplavne nevarnosti.
Trenutni izračuni še niso končni, oziroma so predhodni rezultati, ki so namenjeni predvsem za
primerjavo z izračuni starejših 1D študij [II] ter za primerjavo obsega poplavljenosti pred 10 leti in
danes. Zaradi majhne verjetnosti istočasne pojavitve visokih voda na Muri in njenih pritokih
(koincidenca Q20 – Q100), bo določeni obseg poplav reke Mure preprosto združen z v Avstriji že
določenimi poplavnimi obsegi njenih pritokov. Slika 23 prikazuje unijo predhodnih rezultatov
poplavnega obsega Mure pri stoletni vodi in poplavnih obsegov njenih pritokov, prav tako za dogodek
s stoletno povratno dobo.
Slika 7 prikazuje preliminarne rezultate obsega poplavljanja reke Mure pri 100 letnih vodah za stanje
1998 (rezultati MIKE Flood). Prav tako so na sliki prikazana poplavna območja pritokov Mure
(Drauchenbach, Sulzbach, Schwarzaubach, Gnassbach in Sassbach) pri 100 letnih pretokih, ki so bila
v sklopu projekta izračunana s strani avstrijskih partnerjev.
22. MIŠIČEV VODARSKI DAN 2011
asist. M. MÜLLER
prof. dr. F. STEINMAN, G. NOVAK
- 190 -
AKTUALNI PROJEKTI S PODROČJA
UPRAVLJANJA Z VODAMI IN UREJANJA VODA
Slika 23: Preliminarni rezultati - obseg poplavljanja reke Mure pri 100-letnih vodah za stanje iz leta
1998 (svetlo) in njenih pritokih (temno)
Kot primer primerjave rezultatov dveh različnih pristopov modeliranja je podana slika 8, ki prikazuje
vzdolžna poteka gladin odseka Mure od G.Radgone do VP Petanjci, dobljena z modeloma MIKE
Flood in CCHE 2D. Razvidno je, da se poteka gladin iz obeh modelov precej dobro ujemata
(maksimalno odstopanje do 10 cm). Različna modela sta bila uporabljena za verifikacijo končnih
rezultatov.
Primer vzdolžnega poteka gladine (dobljenih z modeloma CCHE in MIKE Flood) pri pretoku 1800 m3/s za odsek od G. Radgone do VP Petanjci 211
210
CCHE 2D
209
208
MIKE Flood
207
206
205
dno
kota [m n.m.]
204
203
202
LB
201
200
199
DB
198
197
VP Radgona
196
195
194
193
103.0
102.0
101.0
100.0
99.0
98.0
97.0
96.0
95.0
94.0
stacionaža [km]
Slika 24: Preliminarni rezultati – primer vzdolžnega poteka gladin dobljenih s programom CCHE in
MIKE Flood
Na območju G. Radgone bodo v nadaljevanju projekta nadvišani levobrežni avstrijski nasipi, prav tako
pa bo nadvišan desnobrežni slovenski protipoplavni zid. Na novo pa bo izdelan še visokovodni nasip
okoli naselja Sicheldorf, ki leži na avstrijski strani. Za projektiranje nasipov in zidu bodo namenjene
izračunane gladine z modelov mejne Mure, ki zajemajo stanje iz leta 2010. Rezultati teh modelov še v
tem prispevku niso predstavljeni, saj je potrebno še dokončanje umerjanja vseh modelov na trenutne
pretočne krivulje vodomernih postaj.
Slika 9 prikazuje omenjene načrtovane protipoplavne ukrepe in rezultate modelov mejne Mure s staro
strugo (stanje 1998).
22. MIŠIČEV VODARSKI DAN 2011
asist. M. MÜLLER
prof. dr. F. STEINMAN, G. NOVAK
- 191 -
AKTUALNI PROJEKTI S PODROČJA
UPRAVLJANJA Z VODAMI IN UREJANJA VODA
Slika 25: Preliminarni rezultati – obseg poplavljenosti pri pretoku 1800 m3/s Mure za stanje iz leta
1998 in 100 letnem pritoku Drauchenbacha ter prikaz nekaterih protipoplavnih ukrepov na
območju G.Radgone
4
ZAKLJUČKI IN NADALJNJE DELO
Eden izmed ciljev projekta Dra-Mur-CI je določitev podlag za karte poplavne nevarnosti odseka mejne
Mure. Tako so bili izdelani številni matematični hidravlični modeli v dveh programskih okoljih, z
različnim modelnim pristopom. Obsegi poplavljenosti določeni z različnimi modeli kažejo dobro
ujemanje. V nadaljevanju projekta je treba dokončati modele mejne Mure, ki zajemajo stanje iz leta
2010 ter izdelati še primerjalne analize rezultatov, dobljenih z različnimi modeli. Končni rezultati bodo
nato služili kot podpora za projektiranje nekaterih protipoplavnih ukrepov na obeh straneh reke
(državne meje) ter za izdelavo kart poplavne nevarnosti mejnega odseka Mure.
22. MIŠIČEV VODARSKI DAN 2011
asist. M. MÜLLER
prof. dr. F. STEINMAN, G. NOVAK
5
[I]
[II]
[III]
[IV]
[V]
[VI]
- 192 -
AKTUALNI PROJEKTI S PODROČJA
UPRAVLJANJA Z VODAMI IN UREJANJA VODA
VIRI
CCHE2D webpage: http://www.ncche.olemiss.edu/software (21.2.2011)
Četina, M., Fazarinc, R., Kratzer, K., Vidmar, A., Zakrajšek, M., Zrinski, M., Žagar, D., (2000):
Načelna vodnogospodarska zasnova za mejno Muro I. faza, 1998–2000; Označitev pretoka
do roba polne struge in območij 30–letne in 100–letne visoke vode. Končno poročilo, Stalna
slovensko – avstrijska komisija za Muro, RS MOP, Ljubljana
MIKE Flood webpage: http:www.mikebydhi.com (15.10.2011)
Muller, M., Šantl, S., Steinman, F., Novak, G. 2011. Cross-border flood risk management at
the state border reach of Mura. Urban Flood Risk Management - Approaches to enhance
resilience of communities : Proceedings of the International Symposium UFRIM, 21st - 23rd
September 2011, Graz, Austria.- Str. 425-430
Dra–Mur–CI project webpage:
http://www.dramurci.eu/page/page.asp?id_meta_type=1&id_language=3 (21.2.2011)
Steinman, F., Novak, G., Müller, M., Kozelj, D., (2010): Flood scenarios for water node
Dravograd – project DRA–MUR–CI, Mednarodna konferenca o Dravi, 30.9. – 1.10.2010
Življenje v porečju Drave : zbornik izvlečkov prispevkov (Zajc, P., Colnarič, N., Vreš, B.),
Regionalna razvojna agencija za Koroško, Dravograd, 50–51
22. MIŠIČEV VODARSKI DAN 2011