Modelovaní hydrologických procesů I. (rozšířený sylabus)

Modelovaní hydrologických procesů I.
(rozšířený sylabus)
Michal Jeníček, Univerzita Karlova v Praze, Přírodovědecká fakulta, katedra fyzické geografie a geoekologie, Albertov
6, 128 43 Praha 2, e-mail: [email protected], www: http://hydro.natur.cuni.cz/jenicek/
1. Modelování přírodních procesů, dělení hydrologických modelů
− Přírodní ohrožení a rizika, vazba na extrémní hydrologické jevy
− Modelování přírodních procesů – geografické nástroje pro analýzu přírodních procesů, definice modelu a
modelového systému, uplatnění modelů používaných v přírodních vědách
− Dělení hydrologických modelů podle WMO – deterministické vs. statistické, dělení podle časové a prostorové
diskretizace, atd., možnosti použití, konkrétní příklady aplikace
2. Hydrologický model
− Obecná struktura S-O modelu, charakteristika jednotlivých komponent modelu
− Koncept lineární nádrže, vertikální uspořádání, princip plnění a prázdnění
− Schematizace povodí, prostorová dekompozice povodí na dílčí části (lumped, distribuované, semidistribuované modely), parametrizace
− Přehled nejčastěji používaných modelů
3. Data
−
−
−
−
−
Zdroje a typy dat (stavové veličiny, časové řady, DMT vs. terénní, digitální, historická),
Hydrologický monitoring
Analýza dat (kontrola časových řad, doplnění chybějících hodnot, úprava časového kroku), plošná interpolace
Potenciální zdroje chyb a nejistot, význam měřítka
Role GIS, pre- a postprocessing dat v hydrologických a hydrodynamických modelech
4. Srážky, evapotranspirace, intercepce
− Voda v atmosféře
− Kapalné srážky - klasifikace a vznik srážek, měření srážek, efektivní srážky
− Pevné srážky – fyzikální podstata, metody měření výšky sněhové pokrývky a vodní hodnoty sněhu (terénní a
distanční metody), interpretace dat
− Sněhové modely, modely teplotního indexu, energetické bilance
− Evapotranspirace - aktuální a potenciální ET, metody stanovení (Penman, Haude, ...)
− Intercepce – metody stanovení (regresní, Rutter, Calder model)
5. Povrchový odtok
−
−
−
−
Vznik povrchového odtoku (infiltration excess, saturation excess)
Výpočet objemu odtoku, pohybové rovnice
Teorie jednotkového hydrogramu a jeho varianty (Clark, IUH, time-area), Nashův model lineární kaskády
Model kinematické vlny
6. Proudění v nenasycené a nasycené zóně půdního profilu
− Čára zrnitosti, potenciál půdní vody, retenční čára, kapilární model, preferenční cesty proudění
− Měření půdní vlhkosti
− Elementární hydrologické procesy v půdě – infiltrace (Horton, SCS CN, Green-Ampt, SMA), redistribuce,
transpirace
− Proudění vody v nasyceném prostředí – Darcyho zákon,
− Základní odtok - metoda exponenciálního poklesu
− Proudění vody v nenasyceném prostředí – Richardsova rovnice
7. Proudění v otevřených korytech
− Typy proudění (ustálené x neustálené, bystřinné x říční x kritické)
− Odpor proudění, vliv drsnosti koryta a údolní nivy
− Pohybové rovnice
− Hydrologický a hydraulický routing, model kinematické vlny, metoda Muskingum, Muskingum-Cunge,
Kalinin-Miljukov
− Příklady aplikace – průchod povodně korytem, vliv malých vodních nádrží
8. Nejistoty v hydrologickém modelování, kalibrace a verifikace modelu
−
−
−
−
−
Typy nejistot, základní charakteristika
Typy kalibrace (automatická vs. manuální), postup kalibrace
Verifikace, výpočet objektivního kritéria (relat. objemová chyba, chyba kulminace, RMSE, Nash-Sutcliffe)
Možné problémy při kalibraci, volba měřítka, počáteční podmínky
Modelové příklady
9. Využití hydrologických dat pro návrhové účely
− Kontrola časových řad (součtové křivky, Clusterová analýza)
− Popisná statistika
− Regresní a korelační analýza – doplnění hodnot časové řady, metoda orografické regrese srážek, analýza Nletosti
− Základy geostatistiky
− Příklady aplikace - úprava časového kroku, návrhový hyetogram
10. GIS v hydrologických a hydrodynamických modelech
− Základní koncept, typy propojení GIS a modelů
− Pre- a postprocessing dat v nástrojích GIS, praktické ukázky
11. Příklady aplikace
− Konkrétní aplikace hydrologických modelů, vazba na projekty řešené Přírodovědeckou fakultou UK
− Případová studie