|
|
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...
|
|
|
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.
|
|
|
Intenzity krátkodobých dešťů v ČR
Roub, Tomáš ; Hanel, Martin (vedoucí práce) ; Máca, Petr (oponent)
Cílem této práce je zpracování srážkoměrných záznamů ze 182 ombrografických stanic, stanovení intenzity krátkodobých dešťů pro každou stanici a porovnání těchto výsledků s intenzitami uvedenými v práci Josefa Trupla Intensity krátkodobých dešťů v povodích Labe, Odry a Moravy. Pro porovnání byla vybrána vždy nejbližší srážkoměrná stanice s vhodnou nadmořskou výškou. Porovnání je uděláno pro 3 skupiny dat podle kódu kvality záznamů. Dále jsou porovnány stanice, které mají zaznamenána měření za stejné časové období.
V rešeršní části je pojednáno o dešťových srážkách a metodách vyhodnocení pro stanovení náhradních intenzit přívalových dešťů. Dále jsou popsány vybrané historické dešťové řady, které slouží jako podklad pro tvorbu návrhových dešťů.
|
|
|
Vztah charakteristik povodí a odtokového režimu
Svoboda, Marek ; Hanel, Martin (vedoucí práce) ; Vlnas, Radek (oponent)
Bakalářská práce rozebírá problematiku hydrologického modelování, hydrologických modelů a modelu Bilan formou literární rešerše. Následná praktická část se zabývá zpracováním datsetů s charakteristikami povodí v programovacím prostředí R.
V úvodu práce je vymezen pojem povodí a řečeno úvodní slovo k hydrologickému modelování. Cílem práce je popsat hydrologické modelování a na datasetech povodí se pokusit zjistit, zda existuje závislost parametrů na procentuálním překryvu povodí.
V literární rešerši se popisují pojmy, které souvisí s hydrologickým modelováním, jako hydrologická bilance nebo co je to hydrologický model. Následně se hydrologické modely popisují podle různých dělení. Konkrétně je pak popsán model Bilan.
V praktické části se řeší závislost parametrů povodí na velikosti překryvu. Tyto analýzy jsou zpracované v programovacím prostředí R.
|
|
|
Retenční a protipovodňová opatření v Plzeňském kraji
Šrámek, Martin ; Hanel, Martin (vedoucí práce) ; Kožín, Roman (oponent)
Tato práce pojednává o uvažovaných vodních dílech v Plzeňském kraji v rámci Generelu LAPV a obecně seznamuje tímto dokumentem. Podrobněji je zde specifikována problematika povodí řeky Střely a uvažovaného díla Strážiště.
Součástí je výpočet vodní bilance v nádrži při různých scénářích průtoku na řece Střele a odběru, indikující udržitelnost vodního díla i do budoucnosti. Dále jsou zde vyhodnoceny dlouhodobé trendy průtoků a základní charakteristiky největších povodňových vln mezi lety 1960 až 2000.
Diskuze potom zvažuje pozitiva a negativa výstavby přehrady v lokalitě Strážiště a obecně i na ostatních lokalitách v Plzeňském kraji. Jsou zde nastíněny možnosti ostatních adaptačních opatření.
|
|
|
Zpracování hydrologických podkladů v R
Ficaj, Václav ; Hanel, Martin (vedoucí práce) ; Stanislav, Stanislav (oponent)
Práce je věnována tvorbě balíku v programovacím jazyce R. Tento balík má za úkol ulehčit práci s databází evropských povodí. Měl by sloužit k odvozování rozvodnic pro povodí v Evropě a také extrakci veličin pro toto povodí z databáze denních srážek a teploty E-OBS. Tento balík je určen k práci se standardizovanými daty. Základem tohoto balíku je práce s celoevropskou databází řek a povodí. V práci jsou také popsány jednotlivé organizace, stojící za vytvořením využívaných datových sad. Dále je zde pojednáváno o základních pravidlech tvorby balíků v R.
|
host ::
RSS.