|
|
Metodika pro rychlé, komplexní, nezávislé rozhodování o potřebnosti, efektivitě a interakci adaptačních opatření v povodích v podmínkách změny klimatu
Fischer, Milan ; Zeman, Evžen ; Vizina, A. ; Hanel, M. ; Bernsteinová, Jana ; Tachecí, P. ; Štěpánek, Petr ; Pavlík, P. ; Máca, P. ; Ghisi, Tomáš ; Rapantová, N. ; Bláhová, Monika ; Janál, P. ; Trnka, Miroslav
Cílem metodiky je představit metody, jak kvantifikovat dopady předpokládané klimatické změny na vodní bilanci při užití adaptačních opatření v podmínkách ČR na několik příštích dekád. Adaptační opatření mají přispívat k udržitelnosti vodní bilance při ve všech hlavních uživatelských segmentech užití a nakládání s vodami v povodí. Hlavním principem je využití hydrologických modelů, prostřednictvím nichž lze scénáře změny klimatu transformovat do časových řad hydrologických poměrů a kvantifikovat celkovou vodní bilanci povodí s užitím adaptačních opatření různých typů a jejich realizace v čase. Speciální důraz je kladen na hodnocení kombinace adaptačních opatření, které nelze analyzovat zjednodušenými metodami. Metodika je navržena tak, aby bylo možné hledat optimální kombinaci adaptačních opatření v posuzovaném povodí. Navrhovaný postup eliminuje nedostatky hodnocení účinnosti z pohledu výlučného uživatele vodního zdroje, protože vyhodnocení účinnosti adaptačních opatření je realizováno formou multikriteriální analýzy vyhodnocení výstupů simulačního modelu predikce vodní bilance v celém povodí. Touto metodikou lze posuzovat různá adaptační opatření ve všech základních segmentech uživatelů vody: zemědělský, lesnický, energetický, vodohospodářský a další.
|
|
|
Metodika pro stanovení hlavních poruch vodohospodářské bilance a optimalizace adaptačních opatření v podmínkách změny klimatu
Fischer, Milan ; Zeman, Evžen ; Vizina, A. ; Hanel, M. ; Bernsteinová, Jana ; Tachecí, P. ; Štěpánek, Petr ; Pavlík, P. ; Máca, P. ; Ghisi, Tomáš ; Rapantová, N. ; Bláhová, Monika ; Janál, P. ; Trnka, Miroslav
Probíhající klimatická změna přináší globální nárůst teploty vzduchu. To vede sice k akceleraci globálního hydrologického cyklu, a tedy i globálního nárůstu srážek, nicméně časoprostorová \nvariabilita srážek je mnohem komplikovanější. Zatímco teplota v ČR vykazuje obdobně jako v okolních zemích a celé planetě konzistentně rostoucí trend, u srážek lze zjednodušeně\nkonstatovat, že dlouhodobé průměry ročních úhrnů zůstávají a v nadcházejících dekádách pravděpodobně zůstanou velmi podobné. Rostoucí teplota vzduchu přináší neodmyslitelně\nzvýšený evaporační požadavek atmosféry a při stejných srážkách dochází k nižšímu poměru srážek a výparu, tedy klimatická vodní bilance vykazuje negativní trend.
|
|
|
Vyhodnocení rizika a předpověď přírodních požárů v bezprostředním okolí \npovrchových zdrojů pitné vody.
Trnka, Miroslav ; Kudláčková, Lucie ; Čermák, P. ; Balek, Jan ; Novotný, Jan ; Homolová, Lucie ; Semerádová, Daniela ; Brovkina, Olga ; Štěpánek, Petr ; Zahradníček, Pavel ; Skalák, Petr ; Bláhová, Monika ; Benáček, Patrik ; Fischer, Milan ; Sedlák, Pavel ; Janouš, Dalibor ; Žalud, Zdeněk ; Marek, Michal V. ; Možný, M. ; Hájková, L. ; Chuchma, F. ; Knozová, G. ; Beranová, J. ; Zatloukal, V. ; Albert, J. ; Mašková, R. ; Cienciala, E. ; Vizina, A. ; Nesládková, M. ; Melišová, E. ; Hanel, M.
Metodika formuluje postup hodnocerí rizika vzniku a šíření přírodních požárů v bezprostředním okolí povrchových zdrojů pitné vody. V metodice jsou navrženy metody pro odhad důsledků výskytu\npřírodních požárů na jakost povrchové vody, prognózu změny rizika výskytu požárů v důsledku klimatických změn a postup stanovení rizika sekundárního znečištění nádrží v důsledku změny odtokových poměrů po přírodním požáru. Na tomto základě metodika navrhuje a diverzifikuje preventivní a operativnÍ opatření. Opatřerí byla navržena v návaznosti na výsledky modelování na pilotní lokalitě Hadce v blízkosti nádrže Švihov a rovněž v návaznosti na zkušenosti s nepříznivými dopady rozsáhlého odlesnění na jakost vody v nádržích Vranov a Vír.
|
|
|
Hydrological processes and dynamics in the changing climate and environment: Lessons learned from multiple temporal and spatial scales
Su, Ye ; Langhammer, Jakub (vedoucí práce) ; Hanel, Martin (oponent) ; van Meerveld, Hilda (oponent)
Hydrologické procesy a jejich dynamika v měnícím se klimatu a prostředí: Zkušenosti z výzkumu na různých časových a prostorových škálách Ye Su ABSTRAKT Změna klimatu představuje společně se změnami ve využívání a struktuře krajinného krytu (LULC) klíčové faktory, ovlivňující změny v hydrologických procesech a jejich dynamice v povodí. Tato práce se zaměřila na pochopení dopadu dlouhodobých změn klimatu i rychlých změn struktury krajiny, vyvolané různými faktory, např. intenzifikací zemědělství nebo disturbancílesa. Tyto procesy jsou zkoumány na různých prostorových a časových škálách a v odlišných přírodních prostředích. Klíčovou výzkumnou otázkou, provazující jednotlivé případové studie je - "jakáje reakce odtoku a souvisejícídynamiky hydrologických procesů na změny klimatu a změny LULC v povodí?". Výzkum je realizovaný ve dvou typech prostředí - na příkladu lesních horských povodí ve střední Evropě a dále povodí v semiaridních oblastech Střední Asie. Na prostorovéúrovni uceleného povodíje výzkum založen na dlouhodobých hydroklimatických datech, využitých pro statistické analýzy a hydro-klimatické modelování. K pochopení příčin a dynamiky změn hydrologických procesů v menších prostorových a časových měřítcích byly prováděny následující studie, studující podrobně mechaniku hydrologickýách procesy v malých...
|
|
|
Hydrologické sucho v kontextu změny klimatu: Případová studie v povodí Blšanky a Loděnice
Burian, Alois ; Janský, Bohumír (vedoucí práce) ; Hanel, Martin (oponent)
Závěrečná práce se zabývá problematikou hydrologického sucha zasazeného do kontextu změny klimatu. Pro účely práce jsou vybrána povodí Blšanky a Loděnice, jež zejména v posledních letech trpí nedostatkem vody. Práce shrnuje základní principy sloužící k odhadu vlivu změny klimatu na vodní zdroje s důrazem na výskyt hydrologického sucha. Zároveň jsou popsány jednotlivé komponenty a procesy hydrologického modelování podmiňující tvorbu ovlivněných časových řad v blízké (2020-2050) a vzdálené budoucnosti (2070-2100). Použito je celkem šestnáct simulací vytvořených ze sedmi globálních klimatických modelů (GCM) projektu CMIP5 a tří scénářů klimatu (RCP). Změnou klimatu ovlivněné časové řady srážek a teploty vzduchu jsou odvozeny pokročilou přírůstkovou metodou, jež bere v potaz i změnu variability. Pro simulování změn je využit koncepční hydrologický model BILAN, a to z důvodu dostupnosti od Výzkumného ústavu vodohospodářského T. G. M. a jeho širokého použití v podmínkách Česka. Parametry modelu BILAN jsou kalibrovány na základě pozorovaných časových řad obou vybraných povodí. Hodnoty parametrů byly následně využity k tvorbě scénářových řad ovlivněných změnou klimatu. Výsledky práce naznačují, že vytvořené projekce předpokládají nárůst teploty vzduchu i srážkové činnosti. Vlivem těchto změn dochází ke...
|
|
|
Hydrological processes and dynamics in the changing climate and environment: Lessons learned from multiple temporal and spatial scales
Su, Ye ; Langhammer, Jakub (vedoucí práce) ; Hanel, Martin (oponent) ; van Meerveld, Hilda (oponent)
Hydrologické procesy a jejich dynamika v měnícím se klimatu a prostředí: Zkušenosti z výzkumu na různých časových a prostorových škálách Ye Su ABSTRAKT Změna klimatu představuje společně se změnami ve využívání a struktuře krajinného krytu (LULC) klíčové faktory, ovlivňující změny v hydrologických procesech a jejich dynamice v povodí. Tato práce se zaměřila na pochopení dopadu dlouhodobých změn klimatu i rychlých změn struktury krajiny, vyvolané různými faktory, např. intenzifikací zemědělství nebo disturbancílesa. Tyto procesy jsou zkoumány na různých prostorových a časových škálách a v odlišných přírodních prostředích. Klíčovou výzkumnou otázkou, provazující jednotlivé případové studie je - "jakáje reakce odtoku a souvisejícídynamiky hydrologických procesů na změny klimatu a změny LULC v povodí?". Výzkum je realizovaný ve dvou typech prostředí - na příkladu lesních horských povodí ve střední Evropě a dále povodí v semiaridních oblastech Střední Asie. Na prostorovéúrovni uceleného povodíje výzkum založen na dlouhodobých hydroklimatických datech, využitých pro statistické analýzy a hydro-klimatické modelování. K pochopení příčin a dynamiky změn hydrologických procesů v menších prostorových a časových měřítcích byly prováděny následující studie, studující podrobně mechaniku hydrologickýách procesy v malých...
|
|
|
Bilanční hodnocení dostupných vodních zdrojů a vláhových potřeb v rámci vymezených "závlahových okrsků"
Trnka, Miroslav ; Hlavinka, Petr ; Balek, Jan ; Semerádová, Daniela ; Dubrovský, Martin ; Štěpánek, Petr ; Vizina, A. ; Hanel, M. ; Žalud, Z. ; Lukas, V. ; Dumbrovský, M. ; Růžek, P. ; Daňhelka, J. ; Chuchma, F. ; Novák, P. ; Novotný, I. ; Pavlík, F.
Předmětem této zprávy je zpracování výsledků výzkumu zadaného v rámci smluvní spolupráce Ústavu výzkumu globální změny (zpracovatel) a Státního pozemkového úřadu (zadavatel), který byl zpracován ve spolupráci s dalšími výzkumnými partnery. Zpráva se zabývá bilančním hodnocením dostupných vodních zdrojů a vláhových potřeb v rámci vymezených "závlahových okrsků" České republiky s ohledem na probíhající klimatické změny.
|
|
|
Aplikace optimalizačních metod v hydrologickém modelování
Jakubcová, Michala ; Máca, Petr (vedoucí práce) ; Hanel, Martin (oponent)
Hlavním cílem optimalizačního procesu je nalezení optimálního stavu dané reality. Z mnoha možností je vybrána nejlepší varianta, čímž vzroste efektivita celého systému. Optimalizační technika byla aplikována v mnoha inženýrských problémech. V rámci hydrologického modelování je využita k odhadu nejlepší sady parametrů modelu, či k trénování umělých neuronových sítí.
Relativně novou optimalizační metodou je optimalizace rojem částic (PSO), která se vyznačuje malým množstvím parametrů pro nastavení a jednoduchou implementací. Původní algoritmus této metody byl mnoha autory modifikován. Důraz byl kladen na změnu způsobu inicializace částic v hejnu, aktualizaci topologie populace, přidání nového parametru do rovnice, či začlenění mechanismu promíchávání do algoritmu.
Modifikace PSO algoritmu zlepší provedení optimalizace, zamezí predčasné konvergenci a sníží výpočetní čas systému. Z těchto důvodů zahrnují hlavní cíle předložené doktorské práce navržení nové modifikace PSO metody s její implementací v programovacím jazyce C++. V práci bylo porovnáno a vyhodnoceno více PSO variant a nejlepší metody byly použity ve dvou hydrologických případových studiích.
První případová studie se zabývá použitím PSO algoritmů na inverzních problémech spojených s odhadem parametrů srážko-odtokového modelu Bilan. Ve druhé studii byly zkombinovány umělé neuronové sítě s PSO metodou pro předpověd´ vybraného indexu sucha.
Bylo zjištěno, že optimalizace rojem částic je vhodným nástrojem pro řešení problémů v rámci hydrologického modelování. Nejefektivnějšími PSO modifikacemi jsou varianty s adaptivní verzí váhovacího faktoru, které aktualizují rychlost částice během prohledávání vícedimenzionální řešené oblasti pomocí zpětné vazby.
Mechanismus promíchávání a přerozdělování částic do komplexů, ve kterých je samostatně spouštěn PSO algoritmus, také výrazně zlepšil provedení optimalizace.
Přínos této doktorské práce spočívá ve vytvoření nové PSO modifikace, která byla otestována na referenčních problémech a úspěšně aplikována ve dvou hydrologických případových studiích. Výsledky práce rozšířily využití PSO metody v reálných inženýrských problémech a všechny analyzované PSO algoritmy jsou k dispozici pro pozdější využití v rámci dalších výzkumných projektů.
|
|
|
Využití generátorů počasí pro zjišťování dopadů klimatické změny v povodích
Martínková, Marta ; Hanel, Martin (vedoucí práce) ; Máca, Petr (oponent)
Hlavním cílem této disertační práce je nová metoda downscalingu výstupů z regionálních klimatických modelů a simulace budoucího klimatu. Výsledná metoda se skládá z generátoru srážek, který pracuje v šestihodinovém časovém kroku. Generátor dobře reprodukuje pozorovaná data.
Nejdříve jsou šestihodinové kumulativní srážky rozděleny na konvektivní a stratiformní události. Pak je nafitován Markovovův řetězec prvního řádu se třemi stavy. Stratiformní události jsou nafitovány smíšeným lognormálním a generalizovaným Paretovým rozdělením. Konvektivní události jsou nafitovány generalizovaným rozdělením extrémních hodnot. Dopady klimatické změny jsou hodnoceny pomocí tzv. faktorů změny, které jsou určeny pro výskyt srážek (pomocí porovnání tranzitivních matic pro kontrolní a budoucí období) a pro množství srážek (pomocí porovnání parametrů statistického rozdělení pro kontrolní a budoucí období). Pomocí faktorů změny jsou pak upravena pozorovaná data. Z vyhodnocení pozorovaných dat vyplynulo, že průměrný objem konvektivního jevu je vyšší pro západní část České republiky a že objem konvektivních srážek je nejvyšší v létě. Z analýzy výstupů z regionálních klimatických modelů vyplynulo, že sice modely projektují nižší celkové srážky, ale poměr konvektivních vůči stratiformním bude vyšší. Modely také projektují nižší počet konvektivních událostí, ale vyšší objem jednotlivých konvektivních událostí.
|
|
|
Změna vodnosti povodí Hačky s ohledem na předpokládanou změnu klimatu
Moravec, Vojtěch ; Hanel, Martin (vedoucí práce) ; Ladislav, Ladislav (oponent)
V předkládané práci jsou uvedeny výsledky analýzy změn odtoků a základních meteorologických veličin v povodí Hačky během pozorovaného období 1962-2015. Dále jsou v práci uvedeny výsledky modelování změny hydrologické bilance v důsledku změny klimatu mezi časovými obdobími 1984-2014 a 2035-2065 a 2068-2098 podle tří regionálních klimatických modelů v povodí Hačky. Pro interpolaci srážkových úhrnů a průměrných teplot vzduchu byla využita metoda Thin Plate Spline. Pro správnou interpretaci pozorovaných průtokových řad neovlivněných vnější dotací byla využita modifikovaná varianta hydrologické analogie. Časové řady srážek a teploty ovlivněné změnou klimatu byly získány jednoduchou přírůstkovou metodou, tj. pozorované časové řady srážek a teploty byly opraveny pro každou simulaci pomoc přírůstkových faktorů tak, aby měsíční změny těchto veličin byly stejné jako podle uvažované simulace klimatického modelu. Hydrologická bilance byla modelována pomocí konceptuálního hydrologického modelu Bilan, kdy byl model nakalibrován na základě pozorovaných dat a identifikované
parametry byly následně využity pro simulaci hydrologické bilance pro řady ovlivněné klimatickou změnou. Tímto postupem byl zjištěn nárůst průměrné roční teploty dle použitých modelů v průměru o 1.7 °C v prvním výhledovém období a o 2.8 °C v druhém období. Tyto změny povedou
k časovému přerozdělení srážek během roku, nicméně roční úhrn srážek zůstane poměrně nezměněn (maximální změny -8.1 %; +9.3 %). Vlivem těchto změn je předpokládán pokles ročních odtoků z povodí v období 2035-2065 průměrně 5.7 %, maximálně 20.3 %. Podstatný pokles ročních odtoků je však předpokládán v období 2068-2098, průměrně 25.5 %, maximálně 45.9 %. Četnost výskytu období sucha se dle projekcí použitých modelů zvýší až dvojnásobně. Studie také prokázala podstatné změny uvnitř ročního hydrologického cyklu. Nárůst srážkové činnosti lze předpokládat v období od začátku podzimu do začátku léta s poměrně malým přírůstkem v zimním období a mírným poklesem na jaře. Navýšení srážkové činnosti bude doprovázeno nárůstem územního výparu, který bude zapříčiněn růstem teploty. V letním období lze očekávat pokles srážek spolu s poklesem odtoku. Vlivem rostoucí teploty je předpokládán posun
doby tání sněhu z období března-dubna na období leden-únor, který zapříčiňuje nárůst odtoku v tomto období. Tyto poznatky lze v budoucnu uplatnit ve vodohospodářském plánování v povodí Hačky.
|
host ::
RSS.