kaj se zgodi ko ppu odpovedo – poplavni ...mvd20.com/leto2014/r13.pdfslika 4: betonski zid vzdolž...

mag. G. RAK prof. dr. F. STEINMAN

- 83 - POPLAVE V LETU 2014

25. MIŠIČEV VODARSKI DAN 2014

mag. Gašper RAK * prof. dr. Franci STEINMAN*

KAJ SE ZGODI KO PPU ODPOVEDO – POPLAVNI SCENARIJI V GORNJI RADGONI

POVZETEK

Vsi protipoplavni ukrepi (PPU) so dimenzionirani na obremenitve, ki so razvidne iz projektne dokumentacije. Eden najpomembnejših je ti. »projektni pretok«, saj pove, do katerega pretoka so posegi v prostor varovani pred visokimi vodami (npr. avtoceste na Q100+varnostno nadvišanje). Pri projektiranju pa je treba upoštevati tudi, kaj se zgodi v primeru izrednih dogodkov, npr. pri porušitvi protipoplavnega nasipa, ali pa v primeru ekstremnih dogodkov (ujme), ko se pojavijo pretoki, ki so zelo malo verjetni – se pa lahko zgodijo. V primeru, ko PPU odpovedo, je nujno učinkovito ukrepanje enot za zaščito in reševanje, v tem okviru pa tudi vodne gospodarske javne službe (koncesionarja na vodah). Prikazani bodo hidravlični izračuni, ki so bili podlaga za slovensko – avstrijsko štabno vajo na območju Gornje Radgone in avstrijske Radgone, po poplavnih scenarijih, ki so predvideli, da bi se lahko hipno porušil protipoplavni betonski zid ob Muri v Gornji Radgoni, da bi voda pričela prelivati in postopoma vse bolj rušila zemeljski nasip gorvodno od zdravilišča v avstrijski Radgoni in primer, ko bi se pojavil ekstremni pretok, ki bi prelil PPU na obeh straneh Mure. V vseh primerih je bil cilj, kako se čim bolje pripraviti na slovensko-avstrijsko sodelovanje v času intervencije. Prispevek odpira razpravo na področje, ki v dosedanji pripravi kart poplavne nevarnosti oz. ogroženosti še ni zajeto – treba je obravnavati tudi antropogeno povzročeno poplavno nevarnost! Za razumevanje poplavljanja in ustrezno protipoplavno ukrepanje je treba poznati vir nevarnosti (zaledne, lastne, tuje vode,…) in lastnosti poplavnih procesov. Slika 1 prikazuje, da je treba razmišljati tako o projektnih pretokih (npr. v PGD), kot o razmerah pri nastopu višje sile (ujme). Pojavijo pa se lahko še antropogeno povzročeni dogodki, nastali zaradi neprimernega ravnanja (npr. nedovoljenih posegov v vodotoke) ali pa zaradi opustitve ravnanja (ni vzdrževanja ipd.).

Slika 1: Pri pojavu pretokov višjih od projektnih pretokov se z začasnimi ukrepi lahko poviša nivo

prelivanja (levo). Obstaja rezervni scenarij ukrepanja, ko PPU odpovedo? (foto: Slovenski vodar, 2005).

* mag. Gašper RAK, univ. dipl. inž. VKI, *prof. dr. Franci STEINMAN, univ. dipl. inž. gradb., Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Hajdrihova 28, 1000 Ljubljana




V primeru, ko protipoplavni ukrepi (PPU) odpovedo ali pa se pojavijo ekstremni pretoki, je nujno učinkovito ukrepanje sil za zaščito in reševanje, v tem okviru pa tudi vodne gospodarske javne službe (koncesionarjev na vodah) in drugih udeležencev. Ko so PPU izvedeni, uporabniki prostora pričakujejo, da sta njihovo vzdrževanje in način obratovanja takšna, da zagotavljata delovanje v skladu s projekti oziroma dovoljenji v celotni življenjski dobi. Kot kaže spodnja slika, pa se učinkovitost s časom zmanjšuje zaradi staranja PPU in drugih procesov (konsolidacija zemljin ipd.). Brez vzdrževanja PPU hitro izgubljajo učinek varnostnega nadvišanja (glej DIN 31054, 2003) in s tem preidejo v območje, kjer je verjetnost poškodb in porušitve velika.

Slika 2: Spreminjanje učinkovitosti PPU glede na njihovo stanje oz. obseg vzdrževanja. (Romang, 2007).

Prikazano je tudi, da redno vzdrževanje ohranja funkcije PPU v daljšem časovnem obdobju, seveda pa procesov staranja ne more ustaviti in je kasneje potrebna rekonstrukcija oz. novogradnja po pravilih vsakokratnega stanja tehnike, primerov dobre prakse idr. Dobro gospodarjenje terja tudi dobro odločanje – ali v krajših časovnih obdobjih obnavljati poškodovane/porušene PPU ali pa z rednim vzdrževanjem čim dlje ohranjati njihove funkcije. Če kot primer vzamemo le npr. protipoplavne nasipe, ugotovimo, da se po izgradnji objekti posedajo, odvisno od vgrajene zemljine in heterogene nosilnosti terena, zato je treba občasno nadvišati nasipe na projektirano višino in preveriti/izboljšati njihovo stabilnost (drsine), da se ohranja funkcija takšnih protipoplavnih ukrepov. V obdobju med dvema posegoma se bi pa lahko že pojavili kritični odseki, kjer so posedki lokalno večji, zato tam grozi pričetek prelivanja nasipov. Kadar je bilo za izvedbo PPU potrebno gradbeno dovoljenje, je tudi za rekonstrukcijo treba pridobiti gradbeno dovoljenje, posebej še, ker gre praviloma še za novogradnjo, zaradi upoštevanja stanja tehnike (npr. upoštevanja Evrokodov), uporabo drugih materialov ipd. Na meddržavnih vodotokih pa je treba upoštevati še (različne) predpise v obeh državah, zato je pridobivanje dovoljenj dodatno (tudi časovno) zahtevno. V času intervencije ob poplavah je na meddržavnih vodotokih treba med državama usklajevati tako interventne ukrepe kot aktiviranje in dejavnosti vseh udeleženih, katerih število in vloge pa so v sosednjih državah lahko tudi različne. Da bi bolje spoznali način ravnanja ob poplavah, vključene uprave in organizacije, načine vodenja intervencije ipd., ter ne nazadnje, da bi se v skupnih aktivnostih spoznali udeleženci intervencij ob poplavah na Mejni Muri, je bila opravljena skupna slovensko – avstrijska štabna vaja za tri realno možne situacije. V nadaljevanju bodo prikazane hidravlične strokovne podlage za odsek mejne Mure v Gornji Radgoni, saj hidravlični izračuni omogočajo vnaprejšnje izračune poplavnih hitrosti in globin za različne scenarije, s tem pa je vodjem intervencije olajšano odločanje, načrtovanje interventnih ukrepov in ocenjevanje, koliko reakcijskega časa je na razpolago in v katere smeri je pričakovati širjenje poplavljanja.




Slika 3: Aerofoto B. Radkersburga in G. Radgone z vrisanima potekoma PPU (foto: Google Maps)

Prikazani izračuni odpirajo tudi strokovno razpravo, kako obravnavati antropogeno povzročene poplavne nevarnosti, ki jih v obstoječih Kartah poplavne nevarnosti še ne prikazujemo. Pri posegih v prostor se namreč izračunajo razmere za obstoječe stanje in za stanje po izvedenem posegu (npr. protipoplavni nasip za varstvo pred Q100), da bi se dokazalo, kakšne so pridobitve zaradi izvedenih PPU. Praviloma pa ni izračunov, kaj se zgodi, če PPU odpovedo (se porušijo,…). Pri ti. velikih pregradah so takšni izračuni znani kot študije primera »porušitve pregrade«, ki so zahtevane, ker takšne pregrade zadržujejo velike količine vode, ki predstavljajo antropogen vir (poplavne) nevarnosti. Takšni izračuni pa bi bili potrebni tudi za različne PPU, a tozadevnega predpisa še nimamo, s tem pa tudi ne obveznosti (investitorja), da je treba analizirati razmere tudi za primer, ko PPU odpovedo.

POPLAVNI SCENARIJI – IZREDNA IN IZJEMEN POPLAVNI DOGODEK

Pri načrtovanju PPU se največkrat upoštevajo le običajne razmere (zajete s projektnimi pretoki), čeprav bi bilo treba analizirati še izredne dogodke (zamašitev premostitev, vpliv dotekajočih hudournikov oz. materiala plazov v strugo) ter izjemne (ekstremne) dogodke, ki jih v pogovornem jeziku opisujejo kot ujme. Za meddržavno štabno vajo so bili predvideni trije scenariji, dva izredna in en izjemen dogodek. Scenarija A in B predvidevata, da gre za izredna dogodka, saj bi sicer ustrezno zgrajeni in vzdrževani PPU morali projektne obremenitve (Q100) prestati brez problemov. Ker pa so vodnogospodarski strokovnjaki obeh držav ugotovili šibke točke na obeh straneh, so pričeli s pridobivanjem gradbenih dovoljenj v obeh državah za vzpostavitev ustreznega stanja. V času do izvedbe teh del pa obstaja realna možnost izrednih dogodkov: V času visokih voda bi Mura na najneugodnejši lokaciji gorvodno od Bad Radkerburga prelila avstrijski protipoplavni nasip. Zaradi globinske in bočne erozije voda odnaša zemljino nasipa, s tem pa bi se s časom vse bolj povečevala dimenzija preboja. Tako bi na poplavljeno območje dotekala vse večja količina vode in postopoma prodirala proti mestu, pri tem pa poplavljala prometnice in manjša naselja. Pri enakih visokovodnih pretokih kot A bi naj Mura porušila en odsek betonskega zidu, ki varuje Gornjo Radgono desno od mostu, ki povezuje obe mesti. Gre za primer, ko Mura prevrne segment betonskega zidu, zato se obravnava kot ti. »hipna porušitev«, nato pa bi voda vdirala skozi odprtino v zidu in postopoma poplavljala mesto v smeri proti sejmišču.




Slika 4: Betonski zid vzdolž Mure, ki ščiti območje Gornje Radgone

Kot izjemen dogodek je bil predviden primer, ko bi se na Muri pojavile visoki pretoki, tj. takšni, ki presegajo projektni pretok: Pojavili bi se visoki pretoki s 300-letno povratno dobo. PPU so dimenzionirani na pretok Q100 z varnostnim nadvišanjem, scenarij pa upošteva pretok Q300, pri katerem bi se v obeh državah na najneugodnejših lokacijah pojavilo prelivanje nasipov in bi bilo potrebno usklajeno delovanje obeh držav v razmerah, ko gre za nastop »višje sile«.

Slika 5: Prikaz lokacij, kjer se pojavijo ključni dogodki pri A, B in C scenarijih in zgradb v območju poplavne nevarnosti (podlage: hidravlične analize opravljene v projektu Dra-Mur-CI, www.dramurci.eu) (UL FGG, VGI, 2013) – slovenski napisi na sliki! – A, B C –LOKACIJE!

Štabna vaja obsega preverjanje delovanja organov in organizacij brez neposredne izvedbe na terenu. Cilj vaje je bil, pripraviti se na ukrepanje ob takšnih poplavnih dogodkih, ki bi zahtevali meddržavno




pomoč oz. usklajevanje aktivnosti za obvladovanje razmer na območju radgonske občine in avstrijskega okraja Jugovzhodne Štajerske. Pri tem je težišče dela na zmanjšanju obsega neposredne nevarnosti in ogroženosti v obdobju intervencije (pristojnost URSZR) in ne na zmanjševanju stopnje poplavne nevarnosti z izvedbo PPU. Izvedba sanacijskih in preventivnih PPU pa je podvržena tudi presoji, kako bo po izvedbi PPU možna izvedba interventnih ukrepov. Zakon o naravnih in drugih nesrečah namreč daje podlago za izdajo soglasja k PPU, zato da izvedba takih ukrepov ne bi bistveno poslabšala pogojev za zaščito in reševanje v času intervencije.

HIDRAVLIČNI IZRAČUNI ZA PRIPRAVO STROKOVNIH PODLAG

Štabna vaja je potekala tako, da so bili subjekti na obeh straneh meje ob pričetku seznanjeni s stanjem in pričakovanimi trendi (npr. napoved pretokov glede na stanje v Cmureku), nato pa z rezultati simulacij predvidenih dogodkov o stanju v naslednjih 30 minutah. Glede na prejete podatke o času porušitve zidu oz. pričetku prelivanja nasipov, pričakovanem obsegu poplavljenosti v naslednje pol ure ipd., so se morale aktivirane službe obeh držav odločati o ukrepih, ločeno za vsakega od treh scenarijev. Slovenski občinski in regionalni štab CZ sta pri tem lahko spoznavala ukrepanje avstrijske strani (in obratno) ter izmenjevala poročila o stanju in o zapovedanih ukrepih. Ob tem je samodejno potekalo tudi osebno spoznavanje udeležencev, njihovih pristojnosti idr. Informacije o hidrografiji in uporabljenem poplavnem valu je pripravljal avstrijski urad za hidrografijo, raziskovalci Vodnogospodarskega inštituta pri UL FGG pa so prispevali izračune povečevanja poplavljenih območij v primeru hipne porušitve zidu ob Muri (hitri procesi) in za postopno rušenje avstrijskih nasipov (počasnejši procesi), oziroma za prelivanje nasipov brez njihove porušitve ob zelo visokih pretokih (Q300). Glede na dinamiko procesov je bila opravljena ustrezna (različna) zasnova hidravličnega modeliranja. Za pripravo scenarija poplavljanja, glede na katerega so udeleženi morali odrediti potrebne ukrepe, je bilo treba pri porušitvi nasipa določiti: Kraj porušitve (npr. odsek z največjimi izmerjenimi posedki), Časovni potek odnašanja zemljine in s tem večanja odprtine skozi katero vdira voda, Končno širino porušenega odseka nasipa Pričetek rušenja nasipa (glede na potek poplavnega vala). Za potrebe štabne vaje je bilo primerno, da se značilnosti procesa porušitve nasipa povzamejo iz literature, upoštevaje seveda podatke o vgrajeni zemljini. Slika X prikazuje nekaj empiričnih relacij o časovnem poteku (ang. Breach Development Time) večanja odprtine v nasipu (ang. Breach Length) Glede na dejanske razmere je bila uporabljena krivulja po Verheij-u 2. Za izdelavo Kart poplavne nevarnosti zaradi porušitve protipoplavnih nasipov pa bo treba seveda ugotoviti dejanske značilnosti.

Slika 6: Spreminjanje širine odprtine v nasipu ob porušitvi nasipa Ueki na reki Onga, nasipa Ampachi na reki Nagara (3, slika 12, stran 47) in poteka po Verheiju 2

Tudi za poplavljanje zaradi prevrnjenega segmenta betonskega protipoplavnega zide je treba določiti podobne značilnosti razvoja dogodkov. Ker je posamezen segment dolg 15 metrov, je ta dolžina izbrana kot velikost odprtine, ki se pojavi v neugodnem trenutku prihajajočega poplavnega vala. Za določitev scenarija C so bili najprej opravljeni izračuni, kje in pri katerem pretoku se pojavi prelivanje protipoplavnih nasipih, ki so večji od projektnega pretoka z upoštevanjem varnostnega nadvišanja (tj. Q100 + 1m). Glede na te rezultate je avstrijska hidrografska služba (sintetično) določila

00

51.02.37 breachtB ⋅=




lastnosti poplavnega vala s konico Q300, ki naj bi bil za potrebe vaje merjen na gorvodni vodomerni postaji Cmurek. Glede na čas potovanja vala od Cmureka do G. Radgone so tako imeli udeleženci nekaj ur v naprej znane trende naraščanja/padanja pretoka v Muri. Izračuni za stalni tok so pokazali, da bo pri scenariju C do prelivanja nasipov prišlo na različnih lokacijah na obeh straneh meje, kar bo zahtevalo prekomejno usklajene aktivnosti. Izračuni za nestalni tok pa so bili potrebno za štabno vajo, ko so udeleženci prejemali informacije o razvoju dogodkov v 30 minutnih intervalih.

NEKAJ REZULTATOV IZRAČUNOV

Kot izhodišče za izračune dogajanja v treh scenarijih so bili vzeti rezultati projekta Dra-Mur-CI, kjer so bili hidravlični izračuni opravljeni za celotni odsek Mejne Mure 4, ter verificirani za dejanski poplavni dogodek v letu 2005. Za izračune dogajanja v treh scenarijih so bili potrebni novi izračuni. Ker so pomembne detajlne analize, je bilo treba zgostiti mrežo v numeričnem hidravličnem modelu, na drugi strani pa uporabiti module programske opreme, ki omogočajo izračun porušitev (hipne oz. postopne).

Slika 7: S hidravličnimi izračuni so bili za mejno Muro izračunane poplavne površine za pretoke Q30, Q100 in Q300 1, nato pa opravljeni novi izračuni za območje Gornje Radgone z večjo gostoto računskih celic (v okvirju območje scenarijev).

Izračuni so bili opravljeni s polnim 2D hidravličnim modeliranjem (MIKE 21), čas pričetka porušitve pa je bil izbran, ko bi se v Cmureku pojavil pretok 1600 m3/s. Na sliki je prikazana zasnova modeliranja poplavnih dogodkov v G. Radgoni ter upoštevani robni pogoji. Na lokaciji prevrnitve betonskega zidu je upoštevana 15 m široka odprtina, skozi katero vdira voda in poplavlja naselje.

Slika 8: Hidravlično modeliranje območja Gornja Radgona z robnimi pogoji (levo) in podatki za določitev porazdelitve koeficienta hrapavosti glede na rabo tal (desno).




Kot primer je na sliki prikazani stanji poplavljenosti po prvi uri od porušitve zidu in po X uri. Takšne slike so prejemali udeleženci štabne vaje v rednih časovnih presledkih, nato pa so morali odrejati razvoju dogodka primerne ukrepe.

Slika 9: Izračunano napredovanje iztekajoče vode po dveh urah od prevrnitve dela betonskega zidu (levo) in stanje po štirih urah (desno). Risbe kažejo obseg poplavljanja, izračuni pa dajejo tudi vektorje hitrosti toka, globine ipd.

Prikazani primeri kažejo le nekaj možnih rezultatov, ki jih dajejo hidravlični izračuni o odtočnih razmerah v vodotokih in na obvodnem prostoru. Z njimi bi bilo mogoče izboljšati tako Načrte zaščite in reševanje kot načrtovanje rabe prostora. Tako bi bilo mogoče uveljavljati zadržke pri posegih v prostor, ki bi oteževali ali pa celo onemogočali ukrepe zaščite in reševanja, pa tudi preprečevati prevzemanje prekomernega tveganja (npr. zdravilišče z omejeno gibljivimi gosti v območju velike poplavne nevarnosti ?) oz. opozarjati na opustitev dolžnega ravnanja (npr. vzdrževanje polne funkcije protipoplavnih ukrepov).

ZAKLJUČKI

Prikazani so način in vsebine hidravličnih strokovnih podlag, izdelanih za štabno vajo na Mejni Muri, ki so bile uporabljene tako za simuliranje ukrepanja v posamezni državi, kot za usklajevanje prekomejnega ukrepanja. Naloge, ki jih je vodstvo vaje nalagalo posameznim subjektom, tudi npr. Občinskem štabu CZ Gornja Radgona, so udeležencem prikazale tudi nove možnosti priprave strokovnih podlag, načina zbiranja informacij, obveščanja, odločanja in seveda dodeljevanja nalog ekipam na terenu (ki tokrat niso bile dejansko aktivirane) za primer realno možnih dogodkov, tudi za primer pomoči sosednji državi. Glede na v časovnih presledkih prejete informacije so morali udeleženci dodeljevati različne naloge, npr. postavljanje zapor na poplavljenih cestah, usmerjanje ekip za lokalno varovanje objektov ipd. Zanimiva je bila tudi priprava avstrijske vojske, ki naj bi s helikopterskim dovozom skalnatega materiala poskusila najprej omejiti povečevanje odprtine v protipoplavnem nasipu, nato pa jo počasi zapreti, ali pa (simulacija) naloge iskanja pogrešane mladoletne osebe v obeh državah. Razmere na mejni Muri so zaradi mejnega toka drugačne kot na Dravi ali na Savi in Soči, saj poteka na Muri usklajevanje aktivnosti, ki imajo medsebojne učinke na obeh straneh reke. Na Dravi leži slovenski prostor dolvodno in so zanj ključni ukrepi v Avstriji, na Savi in Soči pa ukrepi pri nas vplivajo na razmere dolvodno. Kljub temu pa so izkušnje te štabne vaje dragocene tudi za ravnanje na drugih prekomejnih vodotokih. Ker je izdelanih vedno več Kart poplavne nevarnosti (KPN), ki obravnavajo poplave iz vodotoka ob naravnih dogodkih za razmere ob pretokih Q10, Q100 in Q500, bi bilo treba te analize nadgraditi še za primere antropogeno povzročenih poplav. Kot kažejo poplavni dogodki, pa so ukrepi zaščite in




reševanja najpogostejši pri manjših in srednjih visokih vodah, zato bi bilo dobro hidravlično modeliranje, opravljeno za izdelavo KPN, uporabiti tudi za primere pogostejših poplav, ki so za CZ prav tako pomembne. Takšen pristop je bil že prikazan na primeru povezovanja Načrta zaščite in reševanja in KPN v občini Mozirje (Prešeren in sod., 2012). Da bi bolje pripravljeni pričakali naslednje poplavne dogodke, bo torej treba povezati naročnike izdelave KRPN (pogosto so to investitorji posegov v prostor) in izdelovalce oziroma naročnike Načrtov zaščite in reševanja (občine). Tako bi nastale uporabne podlage za ukrepanje (kot npr. Katalog poplavnih scenarijev za izlivno območje Meže), kjer so v naprej opravljeni izračuni tudi za primere, ko nastanejo zamašitve mostnih odprtin zaradi plavja, lokalnega vnosa materiala v vodotok (plaz, hudourniški vršaj), pridobljene pa so tudi informacije o območjih poplavne nevarnosti, ki na prvi pogled niso očitne.

LITERATURA

1. Steinman F., Mueller M., Kozelj D., Rak G., Analiza poplavljanja mejne Mure/Abflussuntersuchung der Grenzmur. UL FGG, VGI. May 2012, EU project DRA-MUR-CI SI-AT 2007-2013.

2. Saucier, L. C., Howard, L. I., Tom, G. J. 2009. Levee Breach Geometries and Algorithms to Simulate Breach Closure. Oak Ridge National Laboratory, Technical Report, October 2009.

3. Fujita, Y., Tamura, T. 1987. Enlargement of breaches in flood levees on alluvial plains. Natural Disaster Science, Volume 9, Number 1, 1987, pp. 37-60.

4. MIKE by DHI webpage: http://www.mikebydhi.com 5. DRA–MUR–CI project webpage: http://www.dramurci.eu/ 6. 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

7. Müller, M., Novak, G., Rak, G., Prešeren, T., Kompare, K., Kozelj, D., 2012. Katalog poplavnih scenarijev za izlivno območje Meže. EU-projekt DRA-MUR-CI, SI-AT 2007–2013. UL FGG, VGI. Ljubljana.

8. Mura – visoka voda 2005. Slovenski vodar 16, 2005, str. 49-51. Celje. Prešeren, T., Zupančič, G., Steinman, F., Papež, J., Kompare, K., Kozelj, D., 2012. Monitor II – nove metode povezovanja kartiranja nevarnosti in načrtovanja zaščite in reševanja. EU-projekt MONITOR II, South-East Europe 2009–2012. UL FGG, VGI. Ljubljana.

kaj se zgodi ko ppu odpovedo – poplavni ...mvd20.com/leto2014/r13.pdfslika 4: betonski zid vzdolž...

Documents