Přívalové povodně – jak na ně?

Extrémních výkyvů počasí bude zřejmě přibývat. Je proto nanejvýš nutné zabývat se ochranou obyvatel a majetku před přívalovými povodněmi. Nelze jednoznačně spoléhat na to, že budou včas detekovány systémem celostátní integrované výstražné služby. Jedinou cestou, jak zlepšit výstrahu před přívalovými povodněmi, je budování lokálních výstražných systémů.

Řadu obcí České republiky postihují pravidelně přívalové povodně. Jde o povodňové události probíhající na malých povodích o rozloze do 10 km². Charakteristickým znakem přívalových povodní je náhlé a obvykle krátkodobé výrazné zvýšení hladiny vodního toku, které lze velmi těžko předpovědět. Každoročně na území ČR dochází k 60 až 100 přívalovým povodním, které poškozují obce zejména na horních částech toků, především v podhorských a horských oblastech. Vyskytují se výhradně v letním období a pro postižené obce mají často katastrofální důsledky. Vznikají zpravidla z intenzivních srážek při průchodu studených a zvlněných studených front. Tento druh povodní lze sice ze synoptických situací předpokládat, nikoliv ale přesně předpovědět. Na předání informací zjišťovaných varovnými systémy chybí totiž zpravidla čas. To je také podstatná odlišnost přívalových povodní od záplav, jež jsou vyvolávány několikadenními vytrvalými dešti.

Přívalové povodně v důsledku svého malého plošného rozsahu a charakteru příčinné srážky (jde obvykle o velmi intenzivní srážky z konvektivní oblačnosti) zpravidla nejsou včas detekovány systémem integrované výstražné služby, který provozuje ČHMÚ. Obdobná situace panuje v celém světě, protože dostatečně podrobná předpověď přívalových dešťů je vzhledem k chaotické povaze atmosféry prakticky nemožná.

Mechanismus vzniku

Přívalové povodně vznikají při vhodné kombinaci dvou jevů, a to významného srážkového úhrnu o velké intenzitě a vysokého nasycení povodí vodou. Vždy musí dojít k intenzivní srážce v horizontu několika málo hodin před povodňovou událostí, míra nasycení území vodou (v nenasycené zóně půdního profilu) pak rozhoduje o tom, zda a jakým způsobem se přívalová povodeň vytvoří.

Základním případem je situace, kdy srážková voda během krátké doby plně nasytí půdní profil a veškerá srážková voda je pak odváděna přímo do vodních toků, a to jak pomocí povrchového, tak podpovrchového odtoku. Z hlediska povrchového odtoku byla tato situace popsána již v sedmdesátých letech 20. století v USA a pojmenována Dunneho odtok.¹⁾ Naopak rychlá tvorba podpovrchového odtoku z půdního profilu je v současné době stále velmi intenzivně studována. Bylo totiž zdokumentováno, že v řadě případů se povodí v omezeném časovém intervalu nechová lineárně (množství odtečené vody není úměrné srážkovému úhrnu). Musí totiž dojít k překročení určitého prahu nasycení, a teprve pak následuje poměrně razantní odtoková odezva, tzv. „fill and spill“ efekt.²⁾ V těchto případech může dokonce nastat uvolnění většího množství vody z půdního profilu, než které spadlo ve vlastní příčinné srážce.³⁾ To je způsobeno jak topografickými charakteristikami rozhraní mezi půdou a matečnou horninou – zejména propustností a sklonem – tak celkovou mocností půdního profilu, která se podílí na maximální možné retenci vody v půdě.⁴⁾ Odtok pak vzniká při dostatečném nasycení půdního profilu (voda nesmí být v půdě vázána velkými silami) a zároveň po vzájemném propojení nasycených zón s čelem svahu. Tvar povodňové vlny v korytě toku je přirozeně ovlivňován také fyzickogeografickými charakteristikami povodí (tvarem, velikostí, hustotou říční sítě apod.).

Jiný mechanismus vzniku přívalové povodně nastává v případě, kdy nemusí dojít k úplnému nasycení půdního profilu. Tento jev může nastat ve chvíli, kdy intenzita deště je vyšší než schopnost půdy vsáknout vodu (infiltrační rychlost). Tento mechanismus je součástí klasické hydrologické teorie již od třicátých let 20. století jako tzv. hortonovský odtok.⁵⁾ Časem se zjistilo, že tato forma tvorby odtoku se netýká obecně celých povodí, ale spíše míst se sníženou infiltrační schopností půdy (zejména v zemědělsky využívaných oblastech). Naproti tomu v zalesněných oblastech je infiltrační rychlost půd obecně vyšší a k jejímu překračování zpravidla nedochází. Významným jevem, který se může podílet na vzniku rychlého odtoku z nenasyceného půdního profilu, a to i v zalesněných oblastech, je vodoodpudivost (hydrofobicita) půdy.⁶⁾ Tento jev, který způsobuje krátkodobě sníženou schopnost půdy vsáknout a zadržet vodu, přispívá k navýšení objemu odtoku a k rychlosti jeho formování.

Celosvětově je tedy výzkumná činnost zaměřena na zlepšení předpovědi vzniku přívalových dešťů a na okamžité varování před velkým průtokem. A to z hlediska co nejpřesnějšího odhadu aktuálního zadržení (retence) vody v území a propojení této informace s kvalitní meteorologickou předpovědí.

Lokální systém včasného varování

Bleskové povodně zpravidla nejsou v důsledku svého malého plošného rozsahu včas detekovány systémem národní integrované výstražné služby. Proto se navrhují automatizované lokální varovné systémy, založené na monitoringu aktuálních podmínek v povodí, které na možný vznik přívalové povodně upozorňují hasiče a představitele obce prostřednictvím výstrahy zaslané na mobilní telefon v reálném čase. Kontinuálně se monitorují hladiny v tocích, objemy spadlých srážek a nově také objem vody, který je půda schopná aktuálně zadržet.

Z čeho se takový lokální varovný systém skládá? Především z meteorologických a tenzometrických stanic rozmístěných na vybraných charakteristických lokalitách, jejichž úkolem je měření objemu atmosférických srážek v případě prvním a sledování zásoby vody v půdě v případě druhém. Dále z limnigrafických stanic v dílčích povodích a v závěrovém profilu celé sledované oblasti, které monitorují množství vody odtékající korytem ze sledovaného povodí. Nutnými provozními součástmi jsou solární panely umožňující provoz měřicí techniky i v těžko dostupných místech, řídicí jednotka zajišťující datový přenos a samozřejmě také software vyhodnocující rizikový potenciál aktuální situace. Takový systém byl vybudován za podpory Technologické agentury ČR a je dále provozován ve východní části Krkonoš od poloviny roku 2015 ve spolupráci ÚH AV ČR, v. v. i, a KRNAP (obr. 2). Jde o povodí horní Úpy s uzávěrovým profilem v Horním Maršově (cca 82 km²) a v povodí Lysečinského potoka rovněž s uzávěrovým profilem v Horním Maršově (cca 18 km²).

Lokální varovný systém vysílá na mobilní telefony dva typy zpráv: varovná hlášení a výstrahy. Varovná hlášení podávají informaci o aktuální zásobě vody v půdě a retenci půdy vycházející z průběhu srážek a teplot v předchozím období, nejsou tedy závislá na momentální srážko-odtokové situaci. Na té přímo závisejí výstražná hlášení, která se týkají aktuální hydrometeorologické situace. Software, který vyhodnocuje relevantnost výstrahy před nebezpečím vzniku extrémního odtoku, tak řeší dvě úrovně předpovědi extrémního odtoku. Toto hodnocení provádí pro každé dílčí povodí sledované oblasti.

Systémy včasného varování samozřejmě vzniku přívalové povodně zabránit nemohou. Jejich cílem však je zvýšit úspěšnost předpovědi a zejména pak poskytnout dotčeným obcím více času mezi získáním varovné informace a příchodem povodně. Tím se mohou výrazně redukovat škody na majetku a minimalizovat či zcela eliminovat ztráty nejcitelnější, a sice na lidských životech.