Hydrologické modelování Kateřina Růžičková

Hydrologie Věda, která se systematicky a vlastními metodami zabývá zákonitostmi výskytu a oběhu vody v přírodě [Hubačíková, 2002] Vědní obor, pojednávající o zákonitostech časového a prostorového výskytu složek oběhu vody na Zemi a jejich vztazích k různým činitelům [Krešl, 2001]

Hydrologie Stav vody v řekách: –Nadbytek –Nedostatek –Kvalita Úpravy vodních toků –zrychlení odtoku vody z povodí Velkoplošná odvodnění pozemků –vysoké kulminace > rychlý pokles > nedostatek v.

Hydrologie Podle prostředí, kde se sleduje [Krešl, 2001]: –hydrometeorologie (voda v atmosféře) –potamologie (povrchová tekoucí voda) –limnologie (povrchová stojatá voda) –pedohydrologie (voda v půdě) –geohydrologie (voda v geologických vrstvách zemské kůry) –glaciologie (voda v ledovcích)

Oběh vody v přírodě ● Výpar vody z vodní hladiny, z půdy, povrchu rostlin ● Transport v atmosféře vlivem proudění vzdušné hmoty ● Kondenzace a vypadnutí srážek na povrch Země ● Vsakování, obohacování půdního profilu vláhou ● Růst množství podzemních vod, vody v jezerech, řekách a rybnících

Oběh vody v přírodě Mezi pevninou a mořem Jen v rámci pevniny

Hydrologické modely Srážko-odtokové modely Hydrodynamické modely

1D modely + nízké náklady + široká nabídka na trhu + výsledky věrně odpovídající skutečnému stavu v terénu (kvalita přiblížně jako u 2D modelů) + použitelné na rozsáhlé území

1D modely Stanovení soustavy příčných profilů v údolí řeky –každý profil je reprezentován jedním výpočetním bodem –bod charakterizován průměrnými vlastnostmi celého profilu a shrnuje jeho tvar a typ –rozdíly mezi různými částmi profilu zanedbány –rozdíly mezi různými částmi profilu jsou tedy zanedbány

1D modely Ustálené proudění - zjednodušený stav –Napouští se stálé množství vody, něž toto množství vody z území vytéká

1D modely Neustálené nerovnoměrné proudění –Přítok se s časem mění –Výpočet v předem stanovených chronologických úsecích, ve kterých se různí vodní stavy a průtoky –Možnost pozorování průběhu kulminace vodního stavu a modifikace říčního průtoku s postupem v území přítok se s časem mění. Jedná se tedy o výpočetně náročnější stav, kdy výpočet probíhá v předem stanovených chronologických úsecích, ve kterých se různí vodní stavy a průtoky. Největší výhodou neustáleného proudění je možnost pozorování průběhu kulminace vodního stavu a modifikace říčního průtoku s postupem v území.

MIKE11 1D hydrodynamický model dánské firmy DHI Simuluje: –Proudění –Výšku hladiny vody –Kvalitu vody –Transport sedimentů V řekách, záplavových oblastech, zavlažovacích kanálech, nádržích apod.

Aplikace MIKE11 Povodňové analýzy Real-time předpovídání povodní Optimalizace nádrží Hodnocení kvality vody v řekách, mokřadů Transport sedimentů Studie morfologie říčních Slanost řek (v ústí do moře)

MIKE11

HEC-Ras 1D hydrodynamický model Vývoj - americké Hydrologické inženýrské centra (HEC) Volně stažitelný (pro Windows) download.html HEC-GeoRas – nádstavba pro ArcGIS 9 (volně ke stažení)

HEC-Ras Výpočty ustáleného a neustáleného proudění v korytech toků a inundacích –zahrnuje i technické stavby (mosty,odlehčovací kanály apod.) a podélné a příčné objekty v tocích (opevnění břehů, jezy, stupně apod.) Přenos sedimentů Modelování teploty vody

HEC-Ras Metody výpočtu - dle detailu výpočetního mechanismu, průměru zrn a typu materiálu v korytě (štěrková, písčitá apod.)

HEC-Ras [Sklenář, Marešová] Větvené a okruhové říční sítě

HEC-Ras [Sklenář, Marešová] zadání toku pomocí příčných profilů a řešení průběhu hladin mezi nimi (metoda „po úsecích“)

Výsledky HEC-Ras [Sklenář, Marešová]

Srovnání HD modelů [Unucka a kol. 2010]

Další možnosti [Sklenář, Marešová]

Nástroje GRASS r.watershed, r.topmodel, r.flow, r.hydro.CASC2D, SIMWE

ArcHydro Nadstavba ArcGIS Původ – spolupráce CRWR (Center for Research in Water Resources), University of Texas at Austin a ESRI Volně stažitelná

ArcHydro Komponenty ArcHydro Data model ArcHydro Tools

ArcHydro Nástroje: Terrain Preprocessing Terrain Morphology Watershed Processing Network Tools

Hydrogeologické modelování 3-D model Visual MODFLOW verze 4.1 –nástavbové programy MT3D, RT3D, SEAWAT a MODPATH

MODFLOW Založen na konceptu zvodní s napjatou hladinou a zvodní s volnou hladinou Simuluje stacionární i neustálené proudění podzemní vody Vstupní hydraulické parametry –horizontální hydraulická vodivost –storativita nebo pórovitost

MODFLOW Výstupy: –mapy izolinií hydraulických výšek –mapy izolinií snížení hydraulických výšek pro jednotlivé zvodně (při neustálené proudění pro jednotlivé tlakové a časové úrovně) –vodní bilance - pro daný tlakový stav, časový krok a vymezenou lokalitu (kolik vody je drénováno, resp. infiltrováno) –mapa trajektorií částic z libovolného bodu –pravděpodobný směr pohybu kontaminantu

MODFLOW Řešení základní diferenciální rovnice (proudění podzemní vody) užita metoda konečných rozdílů s uzly umístěnými do středů bloků pravoúhlé sítě V každém uzlu sítě je možné zadat okrajovou podmínku 1.-3.typu. modeling/visual-modflow-pro

ArcHydro Groudwater Toolkid (pro ArcGIS)

Literatura KREŠL, J. Hydrologie. Brno: Mendelova zemědlská a lesnická univerzita v Brně, s. HUBČÍKOVÁ, V. Hydrologie. Brno: Mendelova zemědlská a lesnická univerzita v Brně, s. LANGHAMMER, J. a kol. Zpráva o průběžných výsledcích projektu ve třetí etapě řešení v roce Praha:UK, s., menty&cislo=47

Literatura Unucka a kol. Modelování kvartérních fluviálních procesů s využitím GIS http://rccv.vsb.cz/cd/GIS2010/Lists/Papers/CZ_4_5.pdf Sklenář, Marešová. Modelování proudění v otevřených korytech. ČVUT

Literatura VÚV. Vyhodnocení katastrofální povodně v srpnu 2002 a návrhu úpravy systému ochrany před povodněmi

Děkuji za pozornost Konec