KARTE POPLAVNE IN EROZIJSKE NEVARNOSTI ZA OPN …mvd20.com/LETO2011/R28.pdfOBČINE VRHNIKA POVZETEK V prispevku je na kratko opisan pristop pri pripravi strokovnih podlag za občinski

D. ROZMAN, Z. FUJS, mag. M. B. MARINČEK

- 216 - AKTUALNI PROJEKTI S PODROČJA UPRAVLJANJAZ VODAMI IN UREJANJE VODA

22. MIŠIČEV VODARSKI DAN 2011

Davor ROZMAN* Zoran FUJS* mag. Matija Bogdan MARINČEK**

KARTE POPLAVNE IN EROZIJSKE NEVARNOSTI ZA OPN OBČINE VRHNIKA

POVZETEK

V prispevku je na kratko opisan pristop pri pripravi strokovnih podlag za občinski prostorski načrt (OPN) Občine Vrhnika, ki jih kot obvezno sestavino prostorskih aktov zahteva Uredba o pogojih in omejitvah za izvajanje dejavnosti in posegov v prostor na območjih, ogroženih zaradi poplav in z njimi povezane erozije celinskih voda in morja. Opisane so tudi nekatere težave in dileme,ki so se porajale ob pripravi tehničnega dokumenta. Podani so nekateri rezultati študije.

UVOD

Poplave so poleg potresov najhujše naravne ujme v Sloveniji, ki na srečo še niso zahtevale veliko človeških življenj. Povzročajo pa zelo veliko gmotno škodo. Z drugimi namenskimi rabami nebi smeli posegati v visokovodne oziroma poplavne prostore. Po drugi strani pa povečevanje števila prebivalstva ter gospodarski razvoj zahtevata nove površine za poselitev, kar ustvarja konfliktno situacijo. To ne velja le v Sloveniji, ampak tudi v celotni Evropi oziroma na celem svetu. Z Uredbo o pogojih in omejitvah za izvajanje dejavnosti in posegov v prostor na območjih, ogroženih zaradi poplav in z njimi povezane erozije celinskih voda in morja (Uradni list Republike Slovenije št. 89 / 19. 9. 2008) se uvajajo določila Direktive 2007/60/ES Evropskega parlamenta in Sveta z dne 23. oktobra 2007 o oceni in obvladovanju poplavne ogroženosti (Flood management and evaluation). Z omenjeno Uredbo so pri nas vpeljana določila Direktive 2007 enako za pomembnejša in občutljivejša območja kot za ostala območja. Osnovna namena Uredbe sta v največji možni meri ohraniti vodni prostor in zmanjšati škode zaradi poplav. Ocena poplavne in erozijske ogroženosti obstoječe in želene poselitve, varovalni in izravnalni ukrepi so z uveljavitvijo Uredbe postali obvezna strokovna podlaga prostorskim dokumentom. Prikazi rezultatov analiz poplavne ogroženosti ter učinki varovalnih ukrepov morajo biti podani na kartah poplavne in erozijske nevarnosti. Način prikaza določa Pravilnik o metodologiji za določanje območij, ogroženih zaradi poplav in z njimi povezane erozije celinskih voda in morja ter o načinu razvrščanja zemljišč v razrede ogroženosti ( UL RS št. 60/2007). Občina Vrhnika leži v osrednji Sloveniji, na stiku med krasom, barjem in Polhograjskim hribovjem, torej v pogledu voda na občutljivem območju. Da bi se obvarovala pred škodami zaradi poplav ter omogočila gospodarski razvoj v občini, pripravlja Občina Vrhnika občinski prostorski načrt (OPN). V ta namen smo PUH Ljubljana-Podjetje za urejanje hudournikov in SVETOVANJE, PROJEKTIRANJE, POSREDNIŠTVO IN ŠTUDIJE Matija Bogdan Marinček s.p. v partnerskem odnosu na osnovi javnega naročila izdelali strokovne podlage za OPN Občine Vrhnika, ki jih zahteva Uredba. Hidrološke analize možnih dotokov visokih voda smo izdelali na osnovi podatkov Agencije Republike Slovenije za okolje. Hidravlične račune smo izvedli z dinamičnim matematičnim modelom MIKE FLOOD, ki je kombinacija 1D modela MIKE 11 in 2D modela MIKE 21. MIKE FLOOD je del programskih orodij inštituta DHI-Water Environment Health iz Danske za modeliranje problemov voda. * Davor ROZMAN, univ.dipl. inž. grad., *Zoran FUJS, univ.dipl. inž. grad., Podjetje za urejanje hudournikov Ljubljana, *mag. Matija Bogdan MARINČEK, univ.dipl. inž. grad., Matija Bogdan Marinček s.p. Celje


- 217 - AKTUALNI PROJEKTI S PODROČJA UPRAVLJANJA Z VODAMI IN UREJANJE VODA


SPLOŠNI OPIS OBMOČJA

Občina Vrhnika leži v osrednji Sloveniji, na stiku med krasom, barjem in Polhograjskim hribovjem. Ljubljansko barje smo kot območje izjemne naravne in kulturne dediščine začeli prepoznavati šele v zadnjih nekaj desetletjih. Ljubljansko barje je zaradi bogastva narave na evropskem seznamu zaščitenih območij Natura 2000, od leta 2008 pa je razglašeno za krajinski park. Ravnanje na Ljubljanskem barju ureja Uredbo o krajinskem parku Ljubljansko barje (od leta 2008 dalje). Ljubljanica s pritoki Ljubijo in Bistro iz juga ter Belo, Podlipščico in Zrnico (Štefanovim grabnom) iz zahoda je glavni tvorec vodnega prostora Ljubljanskega barja. Poselitev občine se je v preteklosti razvijala na jugozahodnem obrobju Ljubljanskega barja predvsem zaradi bogatih vodnih virov kraških vodotokov (usnjarska dejavnost) ter na severozahodnem obrobju na območju Drenovega Griča (gl. sliko 1). Pozneje se je širila poselitev ob prometnih komunikacijah: opuščeni trasi železniške proge, ob državni cesti R2 in ob avtocesti, ki sega najbolj v barje. Poselitev se je delno razširila tudi na/ob obronkih osamelih vzpetinic Ljubljanskega barja v Sinji Gorici, Blatni Brezovici in v Bevkah. Dodatne prostore za razvoj želi Občina Vrhnika pridobiti s popolnitvijo in zaokrožitvijo omenjenih poseljenih površin.

slika 1: območje Občine Vrhnika območje hidravličnega matematičnega modela




VHODNI PODATKI

Osnovni vhodni podatki za dinamični matematični model vodnih tokov so začetne in robne vrednosti računskega območja. Robni pogoji so prostorski in časovni. Geodetski podatki Občina Vrhnika je predhodno pridobila posnetek terena širšega območja OPN, ki ga je izvedel HLYCOM po metodi LIDAR z neposredno iz posnetka generiranimi prečnimi profili strug površinskih odvodnikov. V teku hidravličnih analiz sta se pokazali dve pomanjkljivosti teh podatkov:

− iz LIDARja generirani prečni profili vodotokov niso bili dovolj natančni, premostitve niso bile evidentirane; morala bi biti izdelana klasična izmera rečnih strug,

− podatki laserskih meritev površin niso bili urejeni in zglajeni, niso bile eliminirane napake (zarast...) ,izločene so bile le stavbe.

Treba je bilo dodatno posneti vse premostitve ter izmeriti dodatne-kontrolne prečne profile. Hidrološki podatki Kot je bilo predhodno omenjano, je prispevno območje vplivnih površinskih odvodnikov raznoliko. Topografsko ga sestavljajo:

• gričevnat svet, ki sega v Polhograjske dolomite, zakrasel je le v manjši meri (npr. Betajnova); • skoraj ravna barjanska tla, kjer je prisoten agrarni značaj; • zaselki na obronkih; • mesto Vrhnika, tudi v dnu dolin, ki prehajajo v barje; • na prehodu v barje sekajo dolino(e) komunikacije.

Hidrografsko prispevno območje sestavljata dva osnovna tipa:

• manj prepustne hribine Polhograjskih dolomitov. Tu so opazni kraški izviri le v manjšem obsegu (npr. Betajnova, Hribski potok). Prispevno območje je mogoče določiti orografsko, potrebne so le manjši popravki na osnovi ocene vpliva zakraselega območja. Padavine s tega območja odvajajo Štefanov graben (Zrnica), Podlipščica, Lahovka (Tojnica) in Bela;

• prispevno območje Ljubljanice, Ljubije in Bistre, ki je pretežno kraško in po oceni obsega več

kot 500 km2; na krasu orografsko prispevnega območja ni mogoče določit, kakor tudi ne dinamike odtokov padavin. Orografsko so bili lahko določeni le odtoki s površin ob vodotokih na prehodu v barje.

Omenjene karakteristike so vplivale na izbiro in uporabo osnovnih hidroloških podatkov, ki so bili pridobljeni pri Agenciji Republike Slovenije za okolje. Pridobili smo sledeče podatke vodomernih postaj:

− v.p. Vrhnika II na Ljubljanici, − v.p. Komin na Ljubljanici, − v.p. Verd na Ljubiji − v.p. Bistra na Bistri

Ti podatki so nam omogočili oceniti odtoke in izdelati odtočne hidrograme kraških vodotokov Ljubljanice z Malo Ljubljanico, Ljubije in Bistre, saj jih na osnovi podatkov o padavinah ni mogoče določiti. Pridobili smo podatke sledečih padavinskih postaj:

− pp Črni vrh nad Polhovim Gradcem, − pp Rakitna oz. Pokojišče, − pp Ljubljana Bežigrad




ter verjetnostne analize teh podatkov "Povratne dobe za ekstremne padavine-2007" za nalive različnih povratnih dob, intenzitete ter trajanj. Na sledeči sliki 2 so prikazani pridobljeni podatki za padavinsko postajo Črni vrh nad Polhovim Gradcem.

slika 2: podatki ARSO za padavinsko postajo Črni vrh nad Polhovim Gradcem. Poleg tega smo pri ARSU dobili razpoložljive podatke vodomernih postaj v času poplav v septembru 2010, kot tudi oceno verjetnosti nastopa visokih voda. V pomoč so nam bili tudi podatki, ki smo jih v času terenskih ogledov pridobili pri javni vodnogospodarski službi ter občinskih inštitucijah in posameznikih. Čeprav so se v zadnjem obdobju obnavljale in modernizirale padavinske postaje, bi si pri naši študiji želeli gostejšo mrežo postaj ter daljše neprekinjeno obratovanje postaj. Prav tako bi si želeli več vodomernih postaj na vodotokih, s katerimi bi lažje kontrolirali sintetično izračunane hidrograme. Merodajne podatke za naše območje smo izračunali na osnovi ponderiranih koeficientov vpliva posameznih postaj glede na možen razvoj padavinske fronte. Te podatke smo uporabili za izračun odtokov in odtočnih hidrogramov odvodnikov, ki odvajajo vodo s prispevnih območij, katerih velikost in značilnosti se lahko določi orografsko. Uporabili smo metodo enotnega hidrograma SCS (Soil Consevation Service). Hidrograme smo izračunali za 69 delnih prispevnih površin, ki tvorijo celotno orografsko podano prispevno območje. Glede na hidrografske značilnosti smo prii matematičnem hidravličnem modeliranju te hidrograme uporabili kot točkovne ali pa kot zvezne dotoke v računsko območje. V skladu z Uredbo smo za hidravlične analize z dinamičnim matematičnim modelom izračunali hidrograme visokih vod 10, 100 in 500 letne verjetne povratne dobe in različnih trajanj oziroma intenzitete.

AGENCIJA RS ZA OKOLJE

POVRATNE DOBE ZA EKSTREMNE PADAVINE Postaja:ČRNI VRH NAD POLHOVIM GRADCEM Obdobje: 1976 - 2007 Višina padavin (mm)

trajanje POVRATNA DOBA

padavin 1 leto 2 leti 5 let 10 let 25 let 50 let 100 let 250 let

5 min 6 8 11 12 15 16 18 20 mm 10 min 9 12 15 17 20 22 24 27 mm 15 min 12 14 19 21 25 27 30 33 mm 20 min 13 17 21 25 29 32 35 39 mm 30 min 16 20 26 29 34 38 41 46 mm 45 min 19 24 30 35 41 45 49 55 mm 60 min 21 26 33 37 43 47 51 56 mm 90 min 24 29 36 41 47 51 55 61 mm

120 min 27 33 41 46 53 58 63 69 mm 180 min 31 38 48 54 63 69 75 83 mm 240 min 35 42 53 61 70 77 83 92 mm 300 min 37 46 59 67 77 85 92 102 mm 360 min 40 49 62 71 82 90 98 109 mm 540 min 47 57 71 81 93 102 110 122 mm 720 min 53 64 80 91 104 114 124 136 mm 900 min 58 72 92 105 121 133 146 162 mm

1080 min 61 76 98 112 130 143 157 174 mm 1440 min 66 83 106 121 141 155 169 188 mm

Količina padavin (l/sec/ha)

trajanje POVRATNA DOBA

padavin 1 leto 2 leti 5 let 10 let 25 let 50 let 100 let 250 let

5 min 198 263 354 413 489 545 600 674 l/sec/ha 10 min 156 195 250 285 331 364 398 442 l/sec/ha 15 min 128 161 206 235 273 300 328 364 l/sec/ha 20 min 109 138 179 205 239 264 289 322 l/sec/ha 30 min 87 110 142 164 191 210 230 256 l/sec/ha 45 min 69 87 112 129 150 166 182 202 l/sec/ha 60 min 58 72 90 103 118 130 141 156 l/sec/ha 90 min 45 55 67 76 87 95 103 113 l/sec/ha

120 min 38 46 57 64 73 80 87 96 l/sec/ha 180 min 29 35 44 50 58 64 69 76 l/sec/ha 240 min 24 30 37 42 49 53 58 64 l/sec/ha 300 min 21 26 33 37 43 47 51 57 l/sec/ha 360 min 18 23 29 33 38 42 45 50 l/sec/ha 540 min 14 18 22 25 29 31 34 38 l/sec/ha 720 min 12 15 19 21 24 26 29 32 l/sec/ha 900 min 11 13 17 19 22 25 27 30 l/sec/ha

1080 min 9 12 15 17 20 22 24 27 l/sec/ha 1440 min 8 10 12 14 16 18 20 22 l/sec/ha




V fazi modeliranja se je izkazalo, kar potrjuje poplava v septembru 2010, da je v času obravnavane padavinske situacije v kraškem podzemlju možno pričakovati stanja, ki so znotraj sledečih dveh skrajnosti:

• po daljšem sušnem obdobju je kraško podzemlje relativno prazno ali pa

• zaradi dolgega predhodnega deževnega obdobja je kraško podzemlje zapolnjeno (primer v času poplav septembra 2010).

Te značilnosti lahko bistveno vplivajo na stopnjo sovpadanja dotokov v vodotokih kraškega ter ostalega prispevnega območja.

HIDRAVLIČNO MODELIRANJE

Kot je navedeno v uvodu, smo pri hidravličnem modeliranju uporabili dinamična matematična modela MIKE 11 kot 1D model za simulacijo toka v strugah in model MIKE 21 kot 2D model za simulacijo toka po poplavnih površinah. Uporabili smo 2D model MIKE 21 s pravokotno mrežo. Matematična osnova obeh modelov so popolne Saint Venantove kontinuitetne in dinamične enačbe. Oba modela v vsakem času in v vsaki sodelujoči računski točki povezuje modul MIKE FLOOD, ki omogoča povezavo na štiri načine. V skladu s projektno nalogo smo nastavili dva modela za dve ločeni računski območji:

območje A zahodno od avtoceste. Vanj dovajajo vode vodotoki Štefanov graben, Podlipščica z Lahovko in Bela iz pretežno ne zakraselega prispevnega območja. Omenjeni vodotoki pritekajo iz ločenih dolin in se izlivajo v Ljubljanico dolvodno avtoceste.

Območje B vzhodno od avtoceste. Razen manjših površin je to zavarovano območje

Ljubljanskega barja po NATURI 2000. Tu so dominantni kraški vodotoki Ljubljanica, Ljubija in Bistra.

Geodetska podlaga 2D modela MIKE 21 je bila kvadratna mreža s celicami 4x4 m. Višine terena so bile interpolirane iz posnetka LIDAR. Izkazalo se je, da sta omenjeni dve območji med seboj hidravlično odvisni, zlasti če upoštevamo možnost, da je kraško podzemlje zaradi predhodnega deževja napolnjeno. Zato smo morali postaviti enovit model za obe območji skupaj. Skupna dolžina vodotokov v 1D modelu MIKE 11 je tako narasla na 43 km. 2D model MIKE21 pa je obsegal površino 76.5 km2. Obseg računskega območja MIKE FLOOD je prikazan na sliki 3. Velikost celic računske mreže smo morali povečati na 10x10 m. Še vedno pa so rezultati računanja dosegali velikosti med 300 in 400 GB. Izkazalo se je tudi, da Ljubljanica z Ljubijo in Bistro lahko povzročajo povratne tokove po ostalih vodotokih. Vpliv sega navzgor nad omenjene prometne komunikacije, kjer je obstoječa poselitev najbolj zgoščena. Prav tako smo ugotovili, da povzročajo vodotoki iz ne kraškega območja poplave le lokalno in v manjšem obsegu. Obsežne poplave na Ljubljanskem barju, kot tudi na območjih goste sedanje poselitve pa lahko povzročijo kraški vodotoki. Te ugotovitve so nas vodile pri pripravi predloga omilitvenih ukrepov, ki smo jih tudi preverili na matematičnem modelu. V matematični model MIKE FLOOD so kot omejitve vgrajeni rezultati mnogih laboratorijskih raziskav ter ugotovitve številnih predhodnih študij. To povečuje verodostojnost dobljenih rezultatov, po drugi strani pa je treba vložiti veliko naporov pri ugotavljanju vzrokov nestabilnosti in prekinitev računov zaradi napak ali netočnosti vhodnih podatkov.




slika 3. obseg računskega območja

KARTE POPLAVNE IN EROZIJSKE NEVARNOSTI

V skladu s Pravilnikom smo pripravili sledeče karte za sedanje stanje ter stanje po predlaganih omilitvenih ukrepih:

• karte dosegov voda 10, 100 in 500 letne verjetne povratne dobe; podatke smo dobili neposredno iz rezultatov hidravličnega modeliranja s prenosom v AVTOCAD okolje;

• karte globin poplavnih vod; podatke smo dobili neposredno iz rezultatov hidravličnega

modeliranja s prenosom v AVTOCAD okolje. Rezultat modeliranja voda Q100 letne povratne dobe pri sedanjem stanju na celotnem računskem območju, to je doseg in globine poplavnih vod sso prikazani na sliki 4;

• karte produkta hitrosti in globin poplavnih vod smo dobili posredno z algebraičnimi računi

matrike globin ter matrik komponent hitrosti v x in y smeri, ki so rezultati matematičnega modeliranja in jih prenesli v AVTOCAD okolje;

karte razredov poplavne nevarnosti, ki so neposredna strokovna podlaga OPN-ju, smo pripravili na osnovi podatkov za gornje karte in jih prikazali v AVTOCAD okolju; na sliki 5 je prikazana karta razredov poplavne nevarnosti po predvidenih omilitvenih ukrepih za del območja OPN. Zaradi obširnosti smo dobljene rezultate prikazali na kartah za posamezne dele območja OPN v večjem merilu (1:5000).

Za karte erozijske nevarnosti normativi še niso pripravljeni. Za natančnejše modeliranje vpliva transporta plavin na odtoke voda in stabilnost vodnih strug bi morali modele toka v strugah nadgraditi z enačbami transporta plavin. To pa zahteva dodatne vhodne podatke, ki so bili v preteklosti v naravi merjeni v nezadostnem obsegu. Karte erozijske nevarnosti, ki zaradi tega niso obvezne, je danes možno pripraviti le na osnovi ocene na terenskih ogledih.




slika 4: doseg in globine vode na celotnem računskem območju pri Q100 let in sedanjem stanju

slika 5: karta razredov poplavne nevarnosti po predvidenih omilitvenih ukrepih




ZAKLJUČEK

V prispevku smo v grobem opisali značilnosti obravnavanega območja, razpoložljive podatke ter pristop pri modeliranju in pripravi kart poplavne nevarnosti. v kolikor nam bo dana možnost predstavitve, pa kaj več na srečanju. Viri: - MOP,ARSO Ljubljana, hidrološki podatki - MOP,ARSO Ljubljana, Atlas okolja - Občina Vrhnika, podatki o sedanji in predvideni rabi prostora - Občina Vrhnika, posnetki terena LIDAR - Občina Vrhnika, predhodna tehnična dokumentacija - Strokovna literatura DHI-Water Environment Health iz Danske - PUH Ljubljana, Matija Bogdan Marinček s.p. , Poplavna študija za območje Občine Vrhnika

Documents

KARTE POPLAVNE IN EROZIJSKE NEVARNOSTI ZA OPN …mvd20.com/LETO2011/R28.pdfOBČINE VRHNIKA POVZETEK V prispevku je na kratko opisan pristop pri pripravi strokovnih podlag za občinski