Současný stav předpovědní povodňové služby v povodí řeky Moravy Brno 3. - 4. října 2017 Ing. Petr Janál, Ph.D.

Hydrologický model HYDROG Základem je manuální výpočet modelu (zkušenosti hydrologa jsou nenahraditelné) Krátkodobě (do dalšího manuálního výpočtu) lze využít automatický provoz a aktualizovat předpověď např. každou hodinu na základě nových dat. Vstupní veličiny zatíženy velkou nejistotou Dominantní vliv má nejistota předpovídané srážky

Vstupní srážka aktuální čas 3h nowcasting měřená srážka čas numerické modely počasí např. ALADIN Poznámky co je třeba říct: Různé NWP modely Nový ALADIN je za šest hodin, ale nový nowcasting máme pro model k dispozici každou hodinu čas

Vstupní srážka

Výpočet předpovědi průtoků Pro veřejnost - internet Pro veřejnost - internet Pro interní potřebu Deterministická předpověď (jedna čára) Jedna (nejpravděpodobnější) varianta vývoje počasí Jedna hydrologická předpověď Pravděpodobnostní předpověď 16 variant vývoje počasí (16 běhů modelu ALADIN) 16 variant hydrologických předpovědí Pravděpodobnost překročení SPA Variantní předpověď 4 varianty vývoje počasí ze 4 různých meteorologických modelů 4 varianty hydrologických předpovědí

Stochastická předpověď – testovací provoz Cíl stochastického přístupu: Zohlednit nejistoty na vstupních datech Předpovídaná srážka Nejistota vstupních srážkových dat Měřená srážka

Zahrnutí nejistoty do výpočtu předpovědi Generování srážkových scénářů Korelační matice sestavená z historických dat „hlídá“ aby generované scénáře odpovídaly poměrům na povodí Lze uplatnit i pro jiné vstupní veličiny (teploty, sníh atd.)

Algoritmus aplikace v praxi Měřená data srážka, teplota, sníh Chyba měření odborný odhad Měřené časové řady N(μ, σ) + GENERÁTOR Předpovědi z numerických modelů počasí Předpověď synoptika (zkušenosti) Předpovídané časové řady N(μ, σ) + n vstupních dat pro hydrologický model n předpovědí průtoků vyhodnocení

Interpretace stochastické předpovědi průtoků Separace nejistot – oddělit nejistotu měřených a předpovídaných dat Předpovídaný hydrogram MPH Minimální předpovídaný hydrogram (MPH) – hydrogram pouze z měřených vstupních srážek (předpovídaná srážka má nulovou hodnotu) Podle hodnoty kulminačního průtoku minimálního předpovídaného hydrogramu lze rozdělit tvorbu stochastické předpovědi průtoků do pěti fází.

Fáze A Předpovídají se významné srážkové úhrny, měřená srážka zatím nevýznamná MPH dosahuje zanedbatelných hodnot Dominantní vliv má nejistota předpovídaných srážek Vodohospodáři a povodňové orgány by měly sledovat vývoj situace, avšak žádná opatření není zatím nutné realizovat

Fáze B Předpovídají se významné srážkové úhrny, měřená srážka již není zanedbatelná MPH nedosahuje 3. SPA Nejistota předpovídaných srážek je nižší než ve fázi A, stále má však dominantní vliv Vodohospodáři a povodňové orgány by měly pozorně sledovat vývoj situace Lze doporučit zvýšit odtok z vodních děl podle MPH (rezerva).

Fáze C Předpovídají se srážkové úhrny, měřená srážka je významná. MPH překračuje 3. SPA Dominantní vliv má nejistota předpovídaných srážek, uplatňuje se však také nejistota měřených srážek Je zřejmé, že nastane povodeň. Povodňové orgány by měly zahájit opatření v souladu s povodňovými plány Vodohospodáři by měly zvýšit odtok z vodních děl minimálně podle MPH (předpověď srážek).

Fáze D Předpověď srážek je nulová či zanedbatelná MPH je prakticky totožný s předpovídaným hydrogramem Dominantní vliv má nejistota měřených srážek Předpověď kulminace povodňové vlny. Povodňové orgány jednají v souladu s povodňovými plány Vodohospodáři optimalizují odtoky z VD dle předpovědí přítoků do nádrží.

Fáze E Předpověď srážek je nulová či zanedbatelná, nastala kulminace povodňové vlny Deterministická předpověď průtoků je dostačující Dominantní vliv má nejistota hydrologického modelu (tok vody koryty toků) Pokles průtoků Vodohospodáři optimalizují odtoky z VD dle předpovědí přítoků do nádrží (dokud hodnoty přítoků neklesnou pod hodnoty neškodných odtoků z nádrží).

Stochastická předpověď - současný stav Korelační matice z historických dat sestaveny pro povodí: Dyje po Podhradí Jihlava po Ptáčov Svratka po Dalečín Svratka od Víru po Veverskou Bítýšku Svitava po Bílovice Tvorba stochastické předpovědi průtoku byla otestována na vybraných letních a zimních epizodách. Stochasticky zadávané vstupy - srážka a výška sněhu

Stochastická simulace zimních srážkoodtokových epizod Simulace průběhu průtoku v Podhradí – epizoda z března 2010. Černě je znázorněna deterministická simulace průtoků, modrě 50 variant z generovaných sněhových scénářů. Červeně je znázorněn průběh měřených průtoků. Prům. odchylka výšky sněhu 2 cm Prům. odchylka výšky sněhu 5 cm

Závěrem Předpovědi srážek a následně povodní nebudou nikdy dokonalé, protože děje v atmosféře a krajině jsou natolik složité, že je nikdy nebudeme moci komplexně popsat a modelovat. Dnes jsme schopni poskytovat nesrovnatelně více informací, než v před 20 lety. A především jsme schopni je v reálném čase dostat k uživatelům. Další vývoj by měl směřovat ke vzdělávání uživatelů nových předpovědních produktů. Každá informace má smysl pouze tehdy, je-li správně pochopena a jsou-li na jejím základě prováděna příslušná opatření. Navrhovaná metoda výpočtu stochastické předpovědi průtoků se uplatní při nástupu povodňové vlny zahrnout nejistoty měřených i předpovídaných veličin snížit nejistotu předpovídané srážky využitím nowcastingu srážek Při poklesu povodňové vlny je zpravidla dostačující deterministická předpověď průtoků Při poklesu povodňové vlny – pokud se očekává opětovný vzestup průtoků - se doporučuje opět stochastická předpověď průtoků zahrnout pouze nejistoty předpovídaných veličin dochází ke kompenzaci chyb měřených dat vhodným upravením parametrů hydrologického modelu Zásady práce se stochastickou předpovědí průtoků Na stochastickou předpověď průtoků nepohlížet jako na rozmezí předpovídaných průtoků, ale spíše ji vnímat jako pravděpodobnost překročení určitých limitních průtoků během předpovídaného období (tzn. pracovat s čarou překročení maximálních předpovídaných průtoků). Pracovat se separací nejistot ovlivňujících výslednou předpověd průtoků. Stanovení minimálního předpovídaného hydrogramu je velmi jednoduchou záležitostí, která však může usnadnit rozhodování např. při manipulacích na vodních dílech. Rozpoznávání jednotlivých fází povodně tomu může velmi pomoci. Předpověď se vztahuje vždy k aktuálnímu okamžiku její tvorby a platí pouze do doby nově vydané předpovědi (tedy obvykle nikoliv po celé předpovídané období, které bývá delší než interval mezi jednotlivými aktualizacemi předpovědi).

Děkuji za pozornost Petr Janál petr.janal@chmi.cz Brno 15.5.2017 kolem 19. hod (autor H. Čaníková, zdroj Facebook - Czech thunderstorm research association) Děkuji za pozornost Petr Janál petr.janal@chmi.cz