dochydromode_2010
download 
Stížnost Transkript
hydromode_2010
Česká zemědělská univerzita v Praze Fakulta životnı́ho prostředı́ Konference HYDROMODE 2010 Sbornı́k abstraktů 14. - 15. 9. 2010 Chloumek u Mělnı́ka Česká zemědělská univerzita v Praze Fakulta životnı́ho prostředı́ Konference HYDROMODE 2010 Sbornı́k abstraktů 14. - 15. 9. 2010 Chloumek u Mělnı́ka © ČZU, Fakulta životnı́ho prostředı́, KVHEM Recenzenti: prof. Ing. Pavel Pech, CSc. Ing. Petr Máca, Ph.D. Ing. Jiřı́ Pavlásek, Ph.D. Editoři: Ing. Petra Kubı́nová, Ph.D. Ing. Vojtěch Havlı́ček Sbornı́k abstraktů z konference HYDROMODE 2010 ISBN 978-80-213-2100-7 HYDROMODE 2010 Obsah Procesy v prostorově distribuovaných hydrologických modelech Balvı́n A. 1 Monitoring mělké zvodně experimentálnı́ho povodı́ Modrava 2 Černý M. 2 Změny srážkových extrémů na územı́ ČR dle ensemblu regionálnı́ch klimatických modelů Hanel M. 3 Fractured network fluid flow – the influence of mechanical stress on the hydraulic properties Havlı́ček J., Hokr M. 4 Optimalizace parametrů učenı́ a architektury neuronových sı́tı́ pomocı́ evolučnı́ch algoritmů Havlı́ček V. 5 Vliv výběru deskriptorů povodı́ na proces seskupovánı́ povodı́ metodou inverznı́ho shlukovánı́ Heřmanovský M. 6 Vývoj Chimery, prostředı́ pro konceptuálnı́ hydrologické modelovánı́ Horáček S. 7 Odhad nasycené hydraulické vodivosti horského povodı́ v NP Šumava Jačka L. 8 Měřenı́ sněhové zásoby na Střı́brném hřbetě pomocı́ referenčnı́ GPS Juras R. 9 Studie vlivu lesnı́ vegetace na chemismus atmosférické depozice Kubı́nová P. 10 HYDROMODE 2010 Comparative analysis of CALPUFF modeling and traditional simulation techniques for air pollution assessment Minh D. V. 11 Význam stopovacı́ch zkoušek při určovánı́ migračnı́ch parametrů preparátu nanoželeza Sequensová M. 12 Možné přı́činy rozostřenı́ klimatu ČR Soukupová J. 13 Porovnánı́ laboratornı́ch metod měřenı́ retenčnı́ch křivek půdy Vlčková M., Benešová V., Pavlásek J., Pražák P. 14 Monitoring půdnı́ vlhkosti a sacı́ch tlaků v lesnı́ půdě Zajı́čková L. 15 Zahrnutı́ vlivu chemických reakcı́ do modelu transportu kontaminace podzemnı́ vodou Zedek L. 17 Využitı́ programu Transport pro modelovánı́ kolonových experimentů – simulace migrace nanoželeza Žabka V. 18 HYDROMODE 2010 Procesy v prostorově distribuovaných hydrologických modelech Aleš Balvı́n Abstrakt Přı́spěvek představuje různé procesy využı́vané k výpočtu odtoku z povodı́ v prostorově distribuovaných modelech. Předmětem zájmu práce jsou předevšı́m procesy ve fyzikálně orientovaných modelech, tedy založených na detailnı́m fyzikálnı́m popisu hydrologických procesů. Mezi tyto modely jsou řazeny modely prostorově distribuované. Z hlediska smyslu prostorové distribuce lze rozlišit dva základnı́ typy. Prvnı́m typem jsou modely počı́tajı́cı́ v pravidelné čtvercové sı́ti (Grid element based). Přı́kladem těchto modelů jsou SHE, ANSWERS, CASC2D, HILLFLOW, SIRG. Druhým typem jsou modely rozdělujı́cı́ systém do navzájem propojených nepravidelných ploch a řı́čnı́ sı́tě (Hillslope element based). Jako zástupci tohoto přı́stupu mohou být jmenováni KINEROS, IDGH, SWAT a TOPOG. Některé vybrané standardnı́ přı́stupy fyzikálně orientovaných distribuovaných modelů jsou uvedeny dále. Simulace dynamiky nenasycené zóny je počı́tána pomocı́ Richardsovy rovnice a Darcy-Buckinghamova zákona, popis dynamiky nasycené zóny Darcyho zákonem. Povrchový odtok je popsán pomocı́ soustavy St. Venantových rovnic. Modely majı́ integrován prostorový popis intercepce a evapotranspirace, která je nejčastěji řešena přı́stupem Penmana a Monteigha. Dynamika sněhové pokrývky je simulována napřı́klad metodou Day-Degree, popřı́padě modely založenými na energetické bilanci. Na základě analýzy uvedených procesů a porovnánı́ vybraných modelů bude vypracován návrh vlastnı́ho prostorově distribuovaného modelu. Velká pozornost bude věnována zı́skánı́ a výběru kvalitnı́ch prostorově distribuovaných dat Klı́čová slova: prostorově distribuované modely, hydrologické procesy Kontakt: Ing. Aleš Balvı́n, KVHEM, FŽP, Česká zemědělská univerzita v Praze, Kamýcká 129, Praha 6 – Suchdol, 165 21, [email protected] 1 HYDROMODE 2010 Monitoring mělké zvodně experimentálnı́ho povodı́ Modrava 2 Matěj Černý Abstrakt Přı́spěvek je dı́lčı́m výstupem z projektu zaměřeného na sběr dat pro distribuovaný model prouděnı́ podzemnı́ vody a modelovánı́ mělké zvodně malých horských povodı́. Na experimentálnı́m povodı́ Modrava 2 v oblasti Malé Mokrůvky nalézajı́cı́ se v centrálnı́ části NP Šumava v nadmořských výškách 1180 - 1330 m n.m., probı́há monitoring srážko-odtokových poměrů. Vyhodnocenı́ těchto dat odhalilo, že významná část odtoku z povodı́ nenı́ monitorována. V hydrologickém roce 2007 spadlo na povodı́ 1764 mm srážek, z toho pouze 25% odteklo korytem. Atlas podnebı́ Česka udává pro tuto oblast tzv. referenčnı́ evapotranspiraci v rozmezı́ 500-700 mm, z čehož lze usuzovat, že značná část vody odtéká mimo koryto podzemnı́ vodou. Během léta 2010 bude odvrtáno několik monitorovacı́ch vrtů na kterých budou určeny hydrogeologické parametry prostředı́ a následně osazeny měrnými čidly. Přı́spěvek bude prezentovat dosažené poznatky a pokusı́ se interpretovat měřená data v širšı́m kontextu. Celkovým cı́lem studie je modelovat a kvantifikovat podzemnı́ odtok v mělké zvodni na experimentálnı́m povodı́. Klı́čová slova: zvodeň, podzemnı́ voda, modelovánı́ Poděkovánı́: Tento přı́spěvek vznikl s podporou Internı́ grantové agentury Fakulty životnı́ho prostředı́ (Projekt IGA, registračnı́ čı́slo: 201042200055). Kontakt: Ing. Matěj Černý, KVHEM, FŽP, Česká zemědělská univerzita v Praze, Kamýcká 129, Praha 6 – Suchdol, 165 21, [email protected] 2 HYDROMODE 2010 Změny srážkových extrémů na územı́ ČR dle ensemblu regionálnı́ch klimatických modelů Martin Hanel Abstrakt V poslednı́ch letech byla publikována řada studiı́ zabývajı́cı́ch se změnami srážkového režimu v důsledku změn klimatu. To bylo umožněno zejména dı́ky obecně dobré dostupnosti výstupů regionálnı́ch klimatických modelů. Většina těchto studiı́ se zabývala změnami průměrných srážek, nicméně v současnosti existuje i řada analýz vyhodnocujı́cı́ch změny srážkových extrémů, jež jsou často relevantnějšı́ pro plánovánı́ v oblasti vodnı́ho hospodářstvı́. Publikované studie naznačujı́, že změny srážkových extrémů by mohly být značně odlišné od změn průměrných srážkových úhrnů, navı́c jsou změny různé v různých ročnı́ch obdobı́ch a pro různé doby trvánı́. Je rovněž známo, že modelovánı́ klimatu je zatı́ženo značnou nejistotou, z toho důvodu je nezbytné uvažovat většı́ množstvı́ regionálnı́ch klimatických modelů. V této studii je prezentována systematická analýza změn sezónnı́ch a ročnı́ch srážkových extrémů o době trvánı́ od jednoho do třiceti dnı́ na základě výstupů řádově desı́tky regionálnı́ch klimatických modelů pro ČR pro obdobı́ 1961–2099. Srážkové extrémy jsou modelovány pomocı́ zobecněného rozdělenı́ extrémnı́ch hodnot s časově proměnnými parametry. Pravděpodobnost detekce změn srážkových extrémů v přı́padě jednotlivých grid boxů je malá, proto je využito regionálnı́ analýzy, jež předpokládá, že nejvı́ce nejisté parametry rozdělenı́ extrémů jsou v určité oblasti prostorově konstantnı́. Podobně předpokládáme, že změny jednotlivých parametrů jsou v dané oblasti konstantnı́. Nejistoty jsou odhadovány pomocı́ resamplingu metodou bootstrap. Kromě dlouhých dob trvánı́ v kombinaci s krátkými dobami opakovánı́ v letnı́m obdobı́ srážkové extrémy rostou mezi obdobı́mi let 1961–1990 a 2070–2099 pro všechna ročnı́ obdobı́. V létě a v zimě je nárůst nižšı́ pro delšı́ doby opakovánı́. Pro jaro a podzim jsou změny komplexnějšı́. Nejistoty odhadů změn srážkových extrémů jsou nicméně značné. Klı́čová slova: srážkové extrémy, klimatická změna, nestacionárnı́ index-flood model Kontakt: Ing. Martin Hanel, KVHEM, FŽP, Česká zemědělská univerzita v Praze, Kamýcká 129, Praha 6 – Suchdol, 165 21, [email protected] 3 HYDROMODE 2010 Fractured network fluid flow – the influence of mechanical stress on the hydraulic properties Jiřı́ Havlı́ček, Milan Hokr Abstrakt The paper deals with issues including the effect of mechanical stress in the calculation of the flow in fractured rock. Calculations are performed on a model 2D discrete fracture network defined in the framework of the international project Decovalex2011. This task is in hydraulic point of view very inhomogeneous and dominant fractures provide the vast majority of the flow. Under the hypothesis the active stress on a fracture will reduce its aperture and the hydraulic conductivity drop. In suitably oriented fractures due to external stress the aperture along with hydraulic conductivity increases. This gives rise to even greater inhomogeneity in the hydraulic characteristics of the task. The method used is based on analytical calculation of stress and strain for individual fractures, including the influence of the geometric location of fractures to external stress, non-linear stress-deformation relation for fractures and mechanical properties of the surrounding rock. In the normal direction it means a nonlinear hyperbolic dependence of aperture changes on the pressure. In the tangential direction it is the elasto-perfectly plastic model with Mohr-Coulomb strength condition, causing the aperture opening in the normal direction (dilation) due to plastic tangential displacement. Influence of stress is evaluated in terms of equivalent hydraulic conductivity of rock blocks in the form of flux distribution along the border. The results for different variations of material parameters and defined a number of external mechanical stress are compared. The results provided clear confirmation of the increase in hydraulic conductivity in the direction of stronger mechanical loads. Moreover, it appears that the method of calculating the mechanical load we used in the calculation of flow gives results comparable with more complex methods. Keywords: fractured network flow, mechanical stress, hydraulic properties Acknowledgement: This project is realized under the state subsidy of the Czech Republic within the program of specific research supported by Ministry of Education. This work was also supported under the project Advanced remedia technologies and processes“, code 1M0554 and by Ministry of Industry and ” Trade under the program FR-TI1/362. Contact: Ing. Jiřı́ Havlı́ček, doc. Ing. Milan Hokr, Ph.D., NTI, FM, Technická univerzita v Liberci, Studentská 2, Liberec, 46117, [email protected], [email protected] 4 HYDROMODE 2010 Optimalizace parametrů učenı́ a architektury neuronových sı́tı́ pomocı́ evolučnı́ch algoritmů Vojtěch Havlı́ček Abstrakt Přı́spěvek se zabývá problematikou optimalizace parametrů učenı́ a architektury neuronových sı́tı́ pomocı́ evolučnı́ch algoritmů. Optimalizovaná sı́t’ byla testována při krátkodobé předpovědi průtoků (6 h) na povodı́ hornı́ho toku řeky Sázavy. Použitým typem neuronové sı́tě byl vı́cevrstevný perceptron s učenı́m zpětnou propagacı́ chyby. Po optimalizaci parametrů byly neuronové sı́tě natrénovány a byly provedeny simulace. Kvalita předpovědi byla hodnocena vybranými kritérii. Z výsledků vyplývá, že optimalizované neuronové sı́tě majı́ při krátkodobé předpovědi dobré výsledky. Optimalizace parametrů přispı́vá ke zlepšenı́ kvality předpovědi a může být využita pro přesnějšı́ volbu hodnot parametrů ovlivňujı́cı́ch učenı́ a simulace. Klı́čová slova: neuronové sı́tě, evolučnı́ algoritmy, předpověd’ průtoků, optimalizace Kontakt: Ing. Vojtěch Havlı́ček, KVHEM, FŽP, Česká zemědělská univerzita v Praze, Kamýcká 129, Praha 6 – Suchdol, 165 21, [email protected] 5 HYDROMODE 2010 Vliv výběru deskriptorů povodı́ na proces seskupovánı́ povodı́ metodou inverznı́ho shlukovánı́ Martin Heřmanovský Abstrakt Tento přı́spěvek představuje metodu hledánı́ významných deskriptorů a jejich optimálnı́ho počtu při regionalizaci parametrů modelu 11-Sacramento pomocı́ přı́stupu podobnosti povodı́ podle zvolených deskriptorů. Vyhledávánı́ nejpodobnějšı́ch pozorovaných povodı́ je prováděno metodou inverznı́ho shlukovánı́. K analýze jsou použita data 438 povodı́ z USA projektu MOPEX (Model Parameter Estimation Experiment). Významné deskriptory jsou řazeny do souboru shlukových proměnných podle schématu postupného výběru pozorovaných povodı́ nejpodobnějšı́ch zájmovému nepozorovanému povodı́, které je založeno na hierarchickém vymezovánı́ homogennı́ch oblastı́ (regionů) deskriptory ze zvolených kategoriı́. Výběr významných deskriptorů ze zvolených kategoriı́ je založen na předpokladu, že přidánı́ takového deskriptoru do souboru shlukových proměnných zlepšı́ přesnost odhadu parametrů modelu na nepozorovaném povodı́. Tato přesnost byla vyjádřena poklesem mediánů, aritmetických průměrů a maxim absolutnı́ch hodnot procentických odchylek odhadovaných parametrů na nepozorovaných povodı́ch od jejich optimálnı́ch hodnot zjištěných při kalibraci modelu. Zpřesňovánı́ odhadu parametrů modelu bylo posuzováno pomocı́ dvou kritériı́ (MIN, MAX), na jejichž základě byly do souboru shlukových proměnných vybı́rány významné deskriptory ze zvolených kategoriı́. Zı́skané výsledky naznačujı́, že postupné vymezovánı́ oblastı́ podobných povodı́ na základě hierarchické kategorizace skupin deskriptorů může vést k uspokojivým výsledkům při regionalizaci vycházejı́cı́ z přı́stupu deskriptorové podobnosti. Na základě dosažených výsledků můžeme konstatovat, že významnost jednotlivých deskriptorů sice úzce souvisı́ s odhadovanými parametry, ale také s variabilitou deskriptorů v jejich hodnotách a v neposlednı́ řadě i v jejich odvozenı́. Klı́čová slova: regionalizace, deskriptorová podobnost, inverznı́ shlukovánı́, deskriptor povodı́. Kontakt: Ing. Martin Heřmanovský, KVHEM, FŽP, Česká zemědělská univerzita v Praze, Kamýcká 129, Praha 6 – Suchdol, 165 21, [email protected] 6 HYDROMODE 2010 Vývoj Chimery, prostředı́ pro konceptuálnı́ hydrologické modelovánı́ Stanislav Horáček Abstrakt Hydrologické modely jsou pro použitı́ přichystány ve formě softwarových aplikacı́, které však zpravidla zahrnujı́ pouze určitý model (přı́padně jeho varianty). Porovnánı́ různých modelů pomocı́ vı́ce aplikacı́ je nejen pracné, ale kvůli nejednotnosti použitých postupů (numerické řešenı́, optimalizačnı́ algoritmus) také problematické. Efektivnı́mi nástroji pro vzájemné srovnánı́ jsou proto prostředı́ pro hydrologické modelovánı́, která umožňujı́ provést výpočty různými modely v rámci jedné aplikace a za použitı́ jednotných postupů. Mezi prostředı́ zaměřená na konceptuálnı́ hydrologické modelovánı́ patřı́ Chimera, ucelený koncept vytvořený Paulem Torfsem z Wageningen University v Nizozemı́. V tomto prostředı́ je model určen konfiguracı́ a vlastnostmi prvků, z nichž základnı́mi jsou toky a nádrže. Na definici výrazů charakterizujı́cı́ch jednotlivé prvky jsou kladena minimálnı́ omezenı́, proto je možno sestavit široké spektrum modelů zahrnujı́cı́ většinu tradičně použı́vaných. Dále Chimeru odlišuje od ostatnı́ch prostředı́ ryze analytický způsob výpočtu citlivosti výstupů na parametry modelu. Přı́spěvek se zabývá převodem konceptu Chimery do podoby softwarové aplikace. Chimera byla napsána v programovacı́m jazyku C++ s využitı́m standardnı́ch knihoven. Nı́zkoúrovňové vlastnosti tohoto jazyka zajišt’ujı́ dostatečnou výpočetnı́ efektivitu, zatı́mco objektově orientovaný přı́stup je vhodný z hlediska reprezentace dı́lčı́ch prvků i celých modelů. Klı́čovou vlastnostı́ je schopnost práce se symbolickými algebraickými výrazy (jejich vyhodnocovánı́ a určovánı́ derivacı́), kterou zajišt’uje knihovna GiNaC. Pozornost byla věnována také pozorovaným a modelovaným veličinám, byla navržena vhodná třı́da pro uchovávánı́ jejich hodnot a efektivnı́ manipulaci s nimi. Funkčnost Chimery byla průběžně ověřována na teoretických a praktických přı́kladech, zaměřených na jednotlivé vlastnosti prostředı́. Správnost řešenı́ byla ve většině přı́padů kontrolována srovnánı́m s analytickým řešenı́m, zvláště pak pro zjišt’ovánı́ citlivosti modelu. Použitelnost prostředı́ lze výrazně zvýšit rozhranı́mi, která usnadňujı́ zadánı́ vstupů, zpracovánı́ výstupů a jejich zobrazenı́. Proto byla pro Chimeru vytvořena rozhranı́ využı́vajı́cı́ možnosti jazyků vyššı́ úrovně – jednak skriptovacı́ konzole pro jazyk Lua, jednak propojenı́ se statistickým prostředı́m R (s využitı́m knihovny Rcpp). Chimera a jejı́ rozhranı́ byly vyvı́jeny jako otevřený a multiplatformnı́ software s možnostı́ dalšı́ho rozšiřovánı́ a úprav. Softwarové balı́čky jsou k dispozici na webových stránkách projektu, kde se nacházı́ i podrobný manuál a množstvı́ přı́kladů. Klı́čová slova: konceptuálnı́ hydrologické modelovánı́, Chimera, C++ Kontakt: Ing. Stanislav Horáček, KVHEM, FŽP, Česká zemědělská univerzita v Praze, Kamýcká 129, Praha 6 – Suchdol, 165 21, [email protected] 7 HYDROMODE 2010 Odhad nasycené hydraulické vodivosti horského povodı́ v NP Šumava Lukáš Jačka Abstrakt Přı́spěvek přinášı́ dı́lčı́ informace z probı́hajı́cı́ho výzkumu infiltračnı́ch a dalšı́ch hydro-fyzikálnı́ch půdnı́ch charakteristik v NP Šumava. Zabývá se terénnı́m a laboratornı́m stanovenı́m nasycené hydraulické vodivosti na heterogennı́ch půdách horského povodı́ Modrava 2 umı́stěného v národnı́m parku Šumava v nadmořské výšce 1188 až 1330 m n.m. Geologické podložı́ tvořı́ granity, migmatity a kvartérnı́ fluvio-deluviálnı́ a periglaciálnı́ sedimenty. Převažujı́cı́m půdnı́m typem je podzol, půdnı́ subtyp podzol modálnı́. Hloubka nadložnı́ho horizontu O je 8 až 15 cm, humusový horizont Ah – 1 až 5 cm, podzolový horizont E - 5 až 15 cm, Bhs 20 až 40 cm, Bs 15 až 25cm. Průměrná pórovitost horizontu O má hodnotu až 86%, E - 51%, Bhs - 38%. Dle zrnitostnı́ch rozborů provedených Casagrandeho hustoměrnou metodou se jedná o půdy hlinito pı́sčité (horizont E) a pı́sčito hlinité (horizont Bhs). Nasycená hydraulická vodivost byla odhadnuta v terénu na základě provedených infiltračnı́ch pokusů a měřenı́ Guelphským permeametrem. Zároveň byly odebrány neporušené půdnı́ vzorky do kopeckého válečků o objemu 100 ml, u kterých byla nasycená hydraulická vodivost stanovena laboratornı́m permeametrem. V povodı́ bylo dosud provedeno 43 infiltračnı́ch pokusů jednoválcovou metodou. Ustálená infiltračnı́ rychlost se pohybovala v rozmezı́ 1,0.10−3 do 3,5.10−1 mm.s−1 . Jejı́ průměrná hodnota vypočtená aritmetickým průměrem z jednotlivých experimentů byla 7,33.10−2 mm.s−1 . Dále bylo provedeno 6 měřenı́ Guelphským permeametrem v hloubce 10 až 15 cm. Průměrná naměřená hodnota nasycené hydraulické vodivosti byla 1,45.10−3 mm.s−1 . Na 57 vzorcı́ch byla měřena nasycená hydraulická vodivost laboratornı́m permeametrem. Měřenı́ bylo prováděno s konstantnı́m a s proměnným spádem. Vyhodnoceno bylo doposud 29 půdnı́ch vzorků. Laboratorně stanovená nasycená hydraulická vodivost se pohybovala v rozmezı́ 10−2 až 10−5 mm.s−1 , aritmetický průměr měl hodnotu 3,46.10−3 mm. Průběžné výsledky ukazujı́ na řádovou shodu hodnot nasycené hydraulické vodivosti stanovenou laboratornı́m a Guelphským permeametrem. Průměrná hodnota nasycené hydraulické vodivosti odhadnutá z ustálené infiltračnı́ rychlosti je o řád vyššı́. V současnosti probı́há vyhodnocovánı́ měřených dat, výsledky budou upřesněny a bude stanovena nasycená hydraulická vodivost pro jednotlivé půdnı́ horizonty. Klı́čová slova: podzol, lesnı́ půda, hydropedologické charakteristiky, Guelphský permeametr, infiltrace Tento přı́spěvek vznikl s podporou Internı́ grantové agentury Fakulty životnı́ho prostředı́ (Projekt IGA, registračnı́ čı́slo: 201042200053). Kontakt: Ing. Lukáš Jačka, KVHEM, FŽP, Česká zemědělská univerzita v Praze, Kamýcká 129, Praha 6 – Suchdol, 165 21, [email protected] 8 HYDROMODE 2010 Měřenı́ sněhové zásoby na Střı́brném hřbetě pomocı́ referenčnı́ GPS Roman Juras Abstrakt Měřenı́ výšky sněhové pokrývky je velmi důležité předevšı́m pro stanovenı́ zásoby vody ve sněhu, ale také pro predikci sněhových lavin. V členitém horském terénu je distribuce sněhu nerovnoměrná. To je způsobeno jednak směrem a rychlostı́ větru při dopadánı́ sněhu na zemský povrch a dále druhotným převı́vánı́m, kdy vı́tr sekundárně transportuje snı́h z návětrných stran svahů do závětrných, kde poté může sněhová pokrývka dosahovat výšky i několik metrů. Provedený výzkum se zaměřil na porovnánı́ klasické ručnı́ liniové metody (použı́vané ČHMU) s měřenı́m pomocı́ referenčnı́ GPS a následné interpolace. Zı́skané výsledky sloužily také pro stanovenı́ potenciálnı́ zásoby vody pro vznik břečkotoků a změny této zásoby v důsledku tánı́. Zvolená GPS metoda byla vybrána jako vhodná kvůli své přesnosti a to 1-5 cm v horizontálnı́m i vertikálnı́m směru. GPS data výšky sněhové pokrývky ze Střı́brného hřbetu byla zı́skána na konci zimy 2010 v obdobı́ tánı́ a celkem bylo provedeno pět měřenı́ v cca týdennı́m intervalu. Zájmové územı́ s rozlohou necelých 0,8 km2 , JV orientace se sklonem 6 – 11°, bylo rozděleno v 50ti metrovém gridu, v jehož každém bodě byly pomocı́ referenčnı́ GPS Leica 1200 zjištěny vertikálnı́ a horizontálnı́ souřadnice. Odečtenı́m vertikálnı́ch souřadnic terénu se sněhovou pokrývkou od vertikálnı́ch souřadnic DEM (Digital Elevation Model) byla zı́skána výška sněhové pokrývky v jednotlivých bodech a následnou interpolacı́ v ArcGIS 9.3 bylo zjištěno jejı́ celkové plošné rozloženı́ na zájmové ploše. Výška sněhu byla dále změřena v 5-ti liniı́ch náhodně rozmı́stěných na ploše klasickou ručnı́ metodou s lavinovou sondou a každá linie byla také přeměřena pomocı́ GPS. Na liniı́ch byla následně zjištěna hodnota SWE. Zı́skaná data výšek sněhu a SWE byla interpolována a hodnoty výšek sněhu vzájemně porovnány. Dále byly porovnány výsledky interpolace hodnot z gridu a z liniı́. Jelikož provedené měřenı́ si kladlo za cı́l určit celkovou objemovou zásoby sněhu a vody na lokalitě pro modelovánı́ odtoku vody a vznik břečkotoků, vyskytujı́cı́ch se na lokalitě, byly během každého měřenı́ analyzovány tři sněhové profily (hornı́, střednı́ a dolnı́ část svahu). Pro vznik břečkotoků je kromě určenı́ potenciálnı́ho množstvı́ zdrojové vody také důležitá znalost vertikálnı́ stratifikace sněhové pokrývky. Klı́čová slova: interpolace, GIS, předpověd’ , modelovánı́, tánı́ Kontakt: Ing. Roman Juras, KVHEM, FŽP, Česká zemědělská univerzita v Praze, Kamýcká 129, Praha 6 – Suchdol, 165 21, [email protected] 9 HYDROMODE 2010 Studie vlivu lesnı́ vegetace na chemismus atmosférické depozice Petra Kubı́nová Abstrakt V experimentálnı́m povodı́ Lesnı́ho potoka ve střednı́ch Čechách byl sledován obsah vybraných prvků ve vzorcı́ch srážek na volné ploše a pod korunami stromů (throughfall). Oba tyto typy atmosférické depozice se významně lišı́, nebot’ po kontaktu s nadzemnı́ částı́ vegetace docházı́ zpravidla k obohacovánı́ chemického složenı́ dopadajı́cı́ch srážek. Koncentrace většiny chemických komponent ve vzorcı́ch srážek odebı́raných pod korunami stromů je tedy zpravidla vyššı́ než ve srážkách na volné ploše. Ovšem záležı́ i na chemickém charakteru daného prvku a na jeho roli v metabolismu dřevin. Pro studii tohoto vlivu vegetace na chemické složenı́ atmosférické depozice byly vybrány prvky Fe, Mn, Rb a S. Podle očekávánı́, bylo potvrzeno zvýšenı́ koncentrace Mn, Rb i S ve vzorcı́ch srážek pod korunami stromů, zatı́mco látkové toky Fe se v jednotlivých druzı́ch atmosférické depozice významně nelišı́. Mangan a Rb jsou součástı́ metabolické výměny vegetace. Aktivnı́mi pochody, resp. louženı́m produktů metabolismu, je pak jejich obsah v podkorunových srážkách intenzifikován. Vyššı́ látkové toky S ve throughfallu jsou způsobeny pasivnı́mi pochody, kdy docházı́ k rozpouštěnı́ plynných forem S, zachycených na povrchu asimilačnı́ch orgánů a jiných nadzemnı́ch částı́ dřeviny. Na druhou stranu, původ Fe v terigennı́m prachu ovlivňuje jeho obsah i ve srážkách na volné ploše. Výskyt Fe ve formách jen málo rozpustných má tedy za následek jeho depozici až s opadem asimilačnı́ch orgánů. Klı́čová slova: atmosférická depozice, chemismus, Fe, Mn, Rb, S, throughfall Kontakt: Ing. Petra Kubı́nová, Ph.D., KVHEM, FŽP, Česká zemědělská univerzita v Praze, Kamýcká 129, Praha 6 – Suchdol, 165 21, [email protected] 10 HYDROMODE 2010 Comparative analysis of CALPUFF modeling and traditional simulation techniques for air pollution assessment Duong Van Minh Abstrakt The technical report demonstrates an inter-comparison of three global used atmospheric dispersion simulations, ISCST3, AERMOD, and CALMET/CALPUFF, in order to provide a reasonable evaluation of the model abilities and disadvantages. Initially, the ISC model is applied to estimate the local emission effects, where AERMOD is used for a better determination of potential dispersion in the 20 km scale. For long-range transport, when the domain is decided to extend at least 100 km from the emission source, CALPUFF is proposed to investigate other significant instantaneous sources. Sensitivity analysis considers the short-term and annual ambient air predictions for NO2 , SO2 , and PM10 , providing actual feedback to minimize the pollutant impacts complying the National Ambient Air Quality Standard system. The animation sequence is discussed against conventional illustration of contoured maximum ground level concentrations to provide a more public convincing demonstration. In further objective, the CALPUFF ability to use input data from CALMET processor in the refined mode, which produces a gridded 3-dimensional flow fields, as well to incorporate with ISCST3 meteorological fields is investigated for a better complex meteorology handling. A comparative analysis in predictions from the different simulation is addressed in order to illustrate the advantages of a puff dispersion approach in the complex condition. The results of CALPUFF have been shown to be similar to AERMOD and better and ISCST3. However, the use of CALPUFF as a single model for dispersion estimating is recommended, regarding to its significant effects, include more realistic dispersion representation, reduce overestimation, and better performance of air pollutant impacts. Keywords: Long-range transport, puff dispersion, air quality monitoring, air pollution modeling. Contact: MSc. Duong Van Minh, Ph.D., DWREM, FES, CULS, Kamýcká 129, Praha 6 – Suchdol, 165 21, [email protected] 11 HYDROMODE 2010 Význam stopovacı́ch zkoušek při určovánı́ migračnı́ch parametrů preparátu nanoželeza Markéta Sequensová Abstrakt Projekt je zaměřen na studium zákonitostı́ průniku nanoželeza jako sanačnı́ho média v horninovém prostředı́. Hlavnı́ důraz je kladen na přı́pravu a rozpracovánı́ metodiky terénnı́ch stopovacı́ch (migračnı́ch) zkoušek na konkrétnı́ lokalitě, kde došlo v minulosti ke znečištěnı́ podzemnı́ch vod. Částice nanoželeza obsažené v sanačnı́m preparátu majı́ rozměry v řádech desı́tek nanometrů, což umožňuje ve vhodných hydrogeologických podmı́nkách jejich migraci zvodněným horninovým prostředı́m od mı́sta injektáže do kontaminované oblasti, kde docházı́ k chemickým reakcı́m a tı́m i k degradaci nežádoucı́ch látek. Použitelnost preparátu nanoželeza je značně závislá na hydrochemických a hydrogeologických podmı́nkách na lokalitě a na typu a koncentraci znečišt’ujı́cı́ látky. Stopovacı́ zkoušky jsou důležitým nástrojem pro stanovenı́ migračnı́ch parametrů zvodněného prostředı́. Umožňujı́ předpovı́dat vývoj podzemnı́ho toku a transport nejen znečišt’ujı́cı́ch látek ve zvodnı́ch, ale i použitých stopovacı́ch preparátů. Některé standardnı́ testovacı́ metody, jako jsou napřı́klad čerpacı́ zkoušky, umožňujı́ jen stanovenı́ filtračnı́ch parametrů charakterizujı́cı́ch hydraulické parametry prouděnı́ podzemnı́ch vod. Základnı́m principem stopovacı́ch zkoušek je dotace indikátoru do zkoumaného hydrogeologického tělesa a následné sledovánı́ jeho rozšı́řenı́ a nárůstu koncentrace ve vybraných pozorovacı́ch bodech. Šı́řenı́ stopovače je indikováno tzv. průnikovou křivkou. Ze znalostı́ filtračnı́ch podmı́nek a tvaru průnikových křivek se pak vypočı́távajı́ migračnı́ parametry, a to zvláště parametry rozptylové a částečně sorpčnı́, degradačnı́ a transformačnı́, které podmiňujı́ podmı́nky přenosu hmoty či energie v daném prostředı́. Takovými parametry jsou např. koeficient filtrace a průtočnosti, storativity a dále pak koeficientu celkové hydrodynamické disperze, který zohledňuje vliv koeficientu difuze a disperzivity. Na zájmové lokalitě v Dražicı́ch nad Jizerou, byla navržena stopovacı́ zkouška, během nı́ž bude do horninového prostředı́ aplikován NaCl, organické barvivo fluorescein a preparát nanoželeza. Zkouška bude provedena formou dvou-vrtného schématu, kdy je do jednoho vrtu dotován stopovač o známém objemu a koncentraci a z jiného vrtu odebı́rány vzorky podzemnı́ vody. V laboratoři bude ve vzorcı́ch sledována koncentrace chloridů, celkového množstvı́ železa a chromatograficky fluorescein. Klı́čová slova: stopovacı́ zkoušky, migračnı́ parametry, průnikové křivky, nanoželezo Kontakt: Ing. Markéta Sequensová, KEIOP, FŽP, Česká zemědělská univerzita v Praze, Kamýcká 129, Praha 6 – Suchdol, 165 21, [email protected] 12 HYDROMODE 2010 Možné přı́činy rozostřenı́ klimatu ČR Jana Soukupová Abstrakt Současné interakce mezi oceánem, atmosférou a slunečnı́ činnostı́ napovı́dajı́, že trend směřuje ke konci výjimečně teplého obdobı́ a v budoucnu nás může čekat ochlazenı́ a předevšı́m vı́ce klimatických zvratů než v klidném konci dvacátého a počátku 21. stoletı́. Slunečnı́ činnost v poslednı́ch dvou letech vykazuje nebývalý významný pokles, srovnatelný se začátkem Daltonova minima. Jako Daltonovo minimum označujeme dobu od r. 1790 do r. 1850. Bylo to obdobı́ prokazatelně chladnějšı́. Podobnost s dobou před Daltonovým minimem naznačuje chovánı́ slunečnı́ch cyklů. Průběh cyklů č. 3 a 4 odpovı́dá statisticky průběhu současných cyklů č. 22, 23 a nastupujı́cı́ho cyklu 24. Solárnı́ cykly 5 a 6, které následovaly v době Daltonova minima, byly velmi slabé. Cyklus 24. měl velmi pomalý nástup a vyskytly se dokonce měsı́ce, kdy na Slunci nebyly žádné skvrny (např. srpen 2009). S poklesem slunečnı́ aktivity velmi úzce souvisı́ vulkanická činnost, ale tato souvislost, i když je statisticky prokázána, nenı́ ještě podpořena dostatečným výzkumem a je zatı́m známa jen prostřednictvı́m modelů a teoriı́. Dalšı́m projevem doby snı́žené slunečnı́ činnosti je teoreticky prokázaný vzrůst množstvı́ a hustoty oblačnosti, hlavně oblačnosti střednı́ch a nižšı́ch pater. To má samozřejmě vliv na insolaci a následně teploty Země. K těmto dlouhodobým jevům se letos přiřadila i chladná fáze Atlantické dlouhodobé oscilace (70 letý cyklus), v záporné fázi byla i NAO čili Severoatlantická oscilace a Arktická oscilace, což jsou změny tlaků a prouděnı́ nad severnı́m Atlantikem a rozdı́ly tlaků v arktické oblasti. Výsledkem bylo prouděnı́ chladného vzduchu ze severu a mohutněnı́ Sibiřské anticyklóny, projevilo se to např. silnými mrazy v polovině ledna a stejný mechanismus blokovánı́ systémů z Atlantiku se projevil v prvnı́ polovině července. Tento trend klimatických výkyvů podle historických dat už zde byl a bude pokračovat, v závěru může být charakterizován tužšı́mi mrazivými zimami, chladnými jary a mı́rným podzimem, léty s vysokými teplotami, bouřemi a rizikem sucha. Historické souvislosti tomu napovı́dajı́. Tento přı́spěvek přinášı́ současné teoretické poznatky v problematice rozostřenı́ klimatu ČR a jedná se o dı́lčı́ část komplexnı́ studie. Klı́čová slova: Daltonovo minimum, severoatlantická oscilace, arktická oscilace, atlantická dlouhodobá oscilace, slunečnı́ činnost Kontakt: Ing. Jana Soukupová, KVHEM, FŽP, Česká zemědělská univerzita v Praze, Kamýcká 129, Praha 6 – Suchdol, 165 21, [email protected] 13 HYDROMODE 2010 Porovnánı́ laboratornı́ch metod měřenı́ retenčnı́ch křivek půdy Martina Vlčková1, Veronika Benešová1, Jiřı́ Pavlásek2, Pavel Pražák1 Abstrakt Hydraulické charakteristiky půdy, jako jsou retenčnı́ křivky, jsou velmi důležitými veličinami pro informaci o přı́stupnosti vody pro rostliny a jsou rovněž důležitými vstupnı́mi hodnotami pro modelovánı́ pohybu vody v půdě. Dosud nejznámějšı́ a nejvı́ce použı́vanou laboratornı́ metodou měřenı́ retenčnı́ch křivek je gravimetrická odtoková metoda dle Richardse a Weavera, která je rovněž součástı́ mezinárodnı́ normy ISO 11274 Soil quality — Determination of the water retention characteristic — Laboratory methods. Tato metoda se doposud považuje za nejpřesnějšı́, jejı́ nevýhodou je však celkem zdlouhavé zı́skávánı́ rovnovážných vlhkostı́ půd při daném sacı́m tlaku. Takové měřenı́ při dostatečném počtu tlakových kroků může trvat půl roku i vı́ce. V roce 1968 byla vyvinuta dalšı́ metoda měřenı́ retenčnı́ch křivek a to výparná. Výparná metoda oproti odtokové vyžaduje pro zı́skánı́ výsledků mnohem kratšı́ čas, řádově týdny, nevýhodou je však omezenı́ sacı́ch tlaků do max. 5 bar, bod vadnutı́ se pak dopočı́tává např. dle rovnice van Genuchtena. V našı́ práci jsme porovnali výsledky obou těchto metod při použitı́ pı́skových boxů a přetlakových extraktorů pro odtokovou metodu, a ku-pF přı́stroje od firmy UGT GmBh z Münchebergu pro metodu výparnou. Výsledky měřenı́ byly porovnány u 80 vzorků půdy ze 4 lokalit ČR. Klı́čová slova: retenčnı́ křivka vlhkosti půdy, odtoková metoda, výparná metoda, bod vadnutı́ Poděkovánı́: Tato práce vznikla s podporou projektu QH82191 Optimalizace dávkovánı́ a zapravenı́ organické hmoty do půdy s cı́lem omezit povrchový odtok vody při intenzivnı́ch dešt’ových srážkách a s podporou výzkumného záměru MZE 0002704902 Integrované systémy ochrany a využitı́ půdy, vody a krajiny v zemědělstvı́ a rozvoji venkova. Kontakt: 1 Ing. Martina Vlčková, Ing. Veronika Benešová, Pavel Pražák, Výzkumný ústav melioracı́ a ochrany půdy, v.v.i., Žabovřeská 250, 156 27 Praha 5, [email protected] 2 Ing. Jiřı́ Pavlásek, Ph.D., KVHEM, FŽP, Česká zemědělská univerzita v Praze, Kamýcká 129, Praha 6 – Suchdol, 165 21, [email protected] 14 HYDROMODE 2010 Monitoring půdnı́ vlhkosti a sacı́ch tlaků v lesnı́ půdě Lenka Zajı́čková Abstrakt Měřenı́ půdnı́ vlhkost a sacı́ch tlaků v lesnı́ půdě probı́halo na čtyřech výzkumných plochách P1, KP1, P2, KP2 (49°58‘11“ N; 14°51‘11“ E) v povodı́ Bohumilského potoka cca 3 km od Kostelce nad Černými lesy. Na dvou výzkumných plochách docházı́ k manipulaci s vodnı́m režimem prostřednictvı́m střešnı́ konstrukce, která zabraňuje vstupu srážek do půdnı́ho profilu. Prostřednictvı́m monitoringu půdnı́ vlhkosti a sacı́ch tlaků je sledována úspěšnost odcloněnı́ srážek v lesnı́m porostu. Cı́lem výzkumu je zhodnocenı́ reakce porostu smrku ztepilého na snı́žené množstvı́ dostupné vody. Paralelně s monitoringem hydrologického režimu porostu probı́hajı́ výzkumy, které sledujı́ měnı́cı́ se fyziologii stromů. Půdnı́ vlhkost je měřena v hloubce 30 cm pod povrchem pomocı́ čidel 10HS (Decagon). Sacı́ tlaky jsou měřeny pomocı́ sádrových bločků GB (EMS Brno). Sádrové bločky jsou umı́stěny v pravidelné sı́ti 5 x 5 m na ploše 525 m2 . Výzkum byl započat 10. června 2010 a bude pokračovat nejméně dalšı́ dvě vegetačnı́ sezóny do roku 2012. V současné době byly zhodnoceny dosavadnı́ výsledky. Byl prokázán signifikantnı́ rozdı́l mezi plochami s omezenou dostupnostı́ vody (P1 a P2) a plochami kontrolnı́mi (KP1 a KP2). V rámci výzkumu probı́há i kalibrace vlhkostnı́ch čidel 10HS a ECH2O ve spolupráci s Výzkumným ústavem melioracı́ a ochrany půd. Obrázek 1: Výzkumné plochy P1 a KP1 s vyznačenými korunovými projekcemi. Interpolace hodnot sacı́ch tlaků pomocı́ krigingu v programu Surfer 9 15 HYDROMODE 2010 Pro analýzu dat byly použity programy Mini32 (EMS Brno), Surfer 9 (Golden Software) a ArcGis (ESRI). Klı́čová slova: půdnı́ vlhkost, sacı́ tlak půdy, interpolace, kriging Poděkovánı́: Projekt byl podpořen výzkumným záměrem FLD ČZU IGA - 43150/1312/3150 “Simulace vodnı́ho stresu a hodnocenı́ vodnı́ bilance u smrku ztepilého (Picea abies (L.) Karst.). Kontakt: Ing. Lenka Zajı́čková, KOLM, FLD, Česká zemědělská univerzita v Praze, Kamýcká 129, Praha 6 – Suchdol, 165 21, [email protected] 16 HYDROMODE 2010 Zahrnutı́ vlivu chemických reakcı́ do modelu transportu kontaminace podzemnı́ vodou Lukáš Zedek Abstrakt V souvislosti s aktuálnı́ potřebou likvidace řady ekologických zátěžı́ (rozumějme kontaminaci půdy chemikáliemi) vyvstává vždy otázka vhodné, efektivnı́ volby sanačnı́ho zásahu. K předběžnému posouzenı́ účinnosti zásahu může pomoci dobře postavený počı́tačový model šı́řenı́ kontaminace. Počı́tačové modely šı́řenı́ kontaminace se vzájemně lišı́ počtem do modelu zahrnutých přı́rodnı́ch jevů, které mohou transport ovlivnit. Počet relevantnı́ch vlivů zahrnutých do modelu zvyšuje věrohodnost výstupu modelu v porovnánı́ s realitou. V zájmu zvýšenı́ přesnosti a spolehlivosti predikcı́ šı́řenı́ škodlivých látek podzemnı́ vodou je do počı́tačových simulacı́ transportu kontaminantů vhodné zahrnout vliv chemických reakcı́ mezi látkami vodou unášenými, popřı́padě vliv reakcı́ mezi látkami ve vodě a horninou. Na Fakultě mechatroniky Technické univerzity v Liberci bylo v minulosti použı́váno několik modelovacı́ch programů nezávisle na sobě. Současným trendem je snaha o propojenı́ dřı́ve samostatně stojı́cı́ho modelovánı́ transportu kontaminantů podzemnı́ vodou s modelovánı́m průběhu chemických reakcı́. Propojenı́ obou programů je, z důvodu časové náročnosti chemických výpočtů, testováno na modelu kolonového experimentu (tj. experimentálnı́ transport chemikáliı́ sloupcem poréznı́ho materiálu). Po prověřenı́ funkčnosti propojenı́ programů a provedenı́ potřebných oprav, bude program testován na rozsáhlejšı́ úloze simulujı́cı́ sanačnı́ zásah na reálné lokalitě. Výsledky z modelu budou v obou přı́padech porovnány s naměřenými daty. Přı́spěvek představuje matematický aparát, který je součástı́ chemického modulu, a popisuje stávajı́cı́ funkcionality (zejména simulovatelné typy reakcı́) provedeného propojenı́ spolu s výsledky doposud provedených simulacı́. Klı́čová slova: reakčně-transportnı́ model, rovnovážná reakce, kinetická reakce Poděkovánı́: Tento projekt je realizován za finančnı́ podpory prostředků státnı́ho rozpočtu České republiky prostřednictvı́m projektu Pokročilé sanačnı́ technologie a procesy č. 1M0554 programu Výzkumná centra PP2-DP01 MŠMT a s podporou Grantové agentury České republiky v rámci projektu č. 102/08/H081. Kontakt: Ing. Lukáš Zedek, NTI, FM, Technická univerzita v Liberci, Studentská 2, Liberec, 46117, [email protected] 17 HYDROMODE 2010 Využitı́ programu Transport pro modelovánı́ kolonových experimentů – simulace migrace nanoželeza Vratislav Žabka Abstrakt Využitı́ nanoželeza při sanacı́ch oblastı́ znečištěných napřı́klad chlorovanými uhlovodı́ky je jednı́m z významných směrů vývoje nových sanačnı́ch technologiı́. Výhodou částic o nanorozměrech je jejich obrovský reakčnı́ povrch. Takto malé částice ale majı́ rozdı́lné vlastnosti od většı́ch částic stejné látky, což vede k obtı́žı́m při modelovánı́ jejich transportu. Pro lepšı́ pochopenı́ transportnı́ch vlastnostı́ nanoželeza byl použit program Transport, který sloužı́ k simulaci kolonových experimentů. Jeho hlavnı́ funkcı́ nenı́ předpovı́dat výsledky experimentů, ale porovnávat význam jednotlivých fyzikálnı́ch a reakčnı́ch vlivů na průběh experimentu. Model je založen na metodě konečných objemů, je jednorozměrný, ale prostorový charakter mu dává využitı́ trojı́ porózity. Kromě nezbytné konvekce model zahrnuje možnost výpočtu disperze-difuze, sorpce či retardace. Při výpočtu reakčnı́ složky program Transport komunikuje s programem React z balı́ku GWB či s programem PhreeqC. Dı́ky těmto geochemickým programům má uživatel rozsáhlé možnosti simulace chemizmu v průběhu transportu. Model nenı́ zaměřen pouze na děje uvnitř kolony, ale obsahuje také výpočty souvisejı́cı́ s přı́pravou vstupnı́ch roztoků a měřenı́m výstupů. Využitı́ programu pro zı́skánı́ povědomı́ o dějı́ch probı́hajı́cı́ch uvnitř kolony bude demonstrováno na sérii reálných kolonových experimentů prováděných v průběhu roku 2010 na Technické univerzitě v Liberci. Klı́čová slova: transportně reakčnı́ procesy, modelovánı́, nanoželezo, kolonové experimenty Poděkovánı́: Tento projekt je podporován Technickou univerzitou v Liberci společně se studentským projektem ”Studium chemických dějů při sanaci podzemnı́ch vod”. Projekt je dále realizován za pomoci státnı́ dotace České republiky v rámci výzkumného projektu FR-TI1/456 ”Development and implementation of the tools additively modulating soil and water bioremediation” - program MPO-TIP podporován Ministerstvem průmyslu a obchodu. Kontakt: Ing. Vratislav Žabka, NTI, FM, Technická univerzita v Liberci, Studentská 2, Liberec, 46117, [email protected] 18 Název: Sbornı́k abstraktů z konference HYDROMODE 2010 Editoři: Petra Kubı́nová, Vojtěch Havlı́ček Vydavatel: Česká zemědělská univerzita v Praze Povoleno: děkanátem FŽP Tisk: FŽP Náklad:45 Počet stran: 18 Doporučená cena: neprodejné Vydánı́: prvnı́ Rok vydánı́: 2010 ISBN: 978-80-213-2100-7
