|
|
Analýza odtoku ve vybraném urbanizovaném povodí
Kučera, Vít ; Máca, Petr (vedoucí práce) ; Petr, Petr (oponent)
Práce se zabývá schematizací území s kanalizační sítí ve srážkovo-odtokovém modelu urbanizovaného povodí a modelováním změn v Manningova drsnostního součinitele potrubí na hlavní stoce, která odvádí většinu odpadních vod. Porovnání bylo provedeno na dvou schematizacích povodí Bohnického sběrače, kmenové stoky F v Hl. m. Praze. Pro simulace byl využit program Mike URBAN společnosti DHI a.s.
Hlavní sledovanou veličinou byl hydrogram odtoku na zvoleném uzávěrném profilu povodí a jeho vývoj v závislosti na schematizaci a změně Manningova drsnostního součinitele.
|
|
|
Vliv sněhové pokrývky na odtok během dešťových srážek.
Juras, Roman ; Máca, Petr (vedoucí práce) ; Ladislav , Ladislav (oponent)
V zimním období, kdy leží na povodí sněhová pokrývka, stále přibývá výskytu dešťových srážek. Déšť dopadající na sníh (ROS) má často za následek vznik povodní a mokrých lavin. Predikce vlivu ROS záleží především na lepším pochopení mechanismů vzniku a složení odtoku ze sněhové pokrývky. Spojení simulace deště na sněhovou pokrývku a využití stopovačů bylo testováno jako vhodný nástroj pro tento účel. Celkem bylo provedeno 18 experimentů na sněhovou pokrývku s různými počátečními vlastnostmi v horských podmínkách střední a západní Evropy.
Pro určení charakteru proudění bylo použito barvivo brilliant blue (FCF), pomocí kterého je možné vizualizovat preferenční cesty, ale i určit rozhraní dvou vrstev o různých hydraulických vlastnostech. Zastoupení jednotlivých složek odtékající vody na výtoku bylo stanoveno pomocí metody separace hydrogramu, která poskytuje dobré výsledky s přijatelnou nejistotou. Z technických důvodů nebylo možné obě metody použít současně během jednoho experimentu, i když by to ještě více rozšířilo znalosti o dynamice proudění dešťové vody ve sněhové pokrývce. Množství tavné vody bylo vypočteno pomocí rovnice energetické bilance. Použití této rovnice je poměrně přesné, ale zároveň náročné na vstupy. Z toho důvodu bylo tání vypočteno pouze u jednoho experimentu.
Rychlost vzniku odtoku roste v první řadě intenzitou srážky. Počáteční vlastnosti sněhové pokrývky, jako hustota a vlhkost, ovlivňují rychlost vzniku odtoku až druhotně. Na druhou stranu při stejné intenzitě srážky vykazovala nevyzrálá sněhová pokrývka s malou hustotou rychlejší hydrologickou odpověď, než vyzrálá pokrývka s větší hustotou. Velikost odtoku je závislá, především na počátečním nasycení. Vyzrálá sněhová pokrývka s vyšším počátečním nasycení generovala vyšší celkový odtok, kde dešťová voda přispívala maximálně z 50ti %. Proti tomu protekla dešťová voda nevyzrálou sněhovou pokrývkou poměrně rychle a do odtoku se propagovala přibližně z 80ti %.
Pro predikci odtoku během ROS byla použita Richardsova rovnice v rámci modelu SNOWPACK. Tento model byl upraven tak, že byla sněhová matrice rozdělena pro lepší simulaci preferenčního proudění. Tento přístup přinesl zlepšení výsledků oproti klasickému přístupu, kdy se uvažuje pouze matricové proudění.
|
|
|
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.
|
|
|
Matematické modelování v povodí Litavky v rámci integrovaného systému vod
Hejduk, Tomáš ; Pech, Pavel (vedoucí práce) ; Máca, Petr (oponent)
Prostřednictvím předkládaného souboru prací jsou dokumentovány nové poznatky k povodňové problematice, která je stále aktuálnějším tématem s ohledem na zkušenosti z posledních let. Hypotézy o využití hydrologického měření při tvorbě výpočetní geometrie vodních toků, stejně jako využití dat z prováděného výškopisného mapování leteckým laserovým skenováním při přípravě výpočetní tratě vodních toků byly potvrzeny. V jednotlivých pracích je prezentováno využití nových technologií, poznatků a dalších výsledků aplikovaného výzkumu v oblasti přípravy vstupních dat pro hydrodynamické modely, geografických informačních systémů, identifikace osob a jejich včasného varování, sdílení informací pro podporu eliminace následků živelných pohrom či provozních haváriích. Výše uvedené poznatky o využití dat leteckého laserového skenování a syntézy daných dat s hydrologickým měřením mají velký význam pro zlepšení povodňové prevence. Další praktické využití mají tyto poznatky při územním plánování a povodňovou prognózu. Snahou je v návaznosti na prováděný výzkum v oblasti matematického modelování srážko-odtokových procesů a průchodů povodňových průtoků v říčním systému zavést do praxe nové poznatky pro identifikaci a evidenci osob a zvýšit tak bezpečnost občanů v případě hrozeb ohrožujících jejich bezpečnost prostřednictvím včasného varování - tj. preventivní ochrany. V průběhu prováděného výzkumu byla pozornost věnována definování nástrojů pro podporu integrované činnosti bezpečnostních a záchranných složek státu, včetně zvýšení osvěty a komunikace mezi státní správou, samosprávou a veřejností. Hlavním posláním předkládané práce však zůstává snaha eliminovat dopady přírodních či antropogenních rizik na lidské zdraví a majetek občanů s důrazem na nejčastější přírodní riziko, které je představováno povodňovou problematikou.
|
|
|
Využití umělých neuronových sítí pro předpověď ledových jevů na dolní Berounce
Šebestová, Lucie ; Máca, Petr (vedoucí práce) ; Havlíček, Vojtěch (oponent)
Ledové jevy na vodních tocích jsou běžně se vyskytujícím jevem v zimním období. Na většině míst nezpůsobují žádné komplikace, ale na určitých místech je jejich výskyt četnější a ve spojení s formováním ledových jevů do nebezpečných, jako je ledová zácpa nebo ledový nápěch, mohou vést ke vzniku ledové povodně. Takovými místy je zatíženo koryto dolní Berounky v úseku Křivoklát - soutok s Vltavou. Výskyt a vznik ledových jevů závisí na ledovém režimu toku, který na dolní Berounce způsobuje časté problémy. Ledový režim je souhrou mnoha faktorů a ledové jevy jsou tak obecně velice obtížně predikovatelné kvůli silně nelineárním vztahům. Umělé neuronové sítě vynikají možností učit se na příkladech, v tomto případě na historických údajích, a získané znalosti uplatnit na údajích současných i budoucích. Práce využívá neuronové sítě vrstevnatého perceptronu pro realizaci predikce ledových jevů na základě historických průtokových a teplotních dat z let 1887 - 1940 z měřící stanice Křivoklát, která je místem frekventovaného výskytu nebezpečných ledových jevů. Výsledky poskytnuté naučenou neuronovou sítí jsou srovnatelné se standardními modely využívanými v oblasti modelování ledových jevů. Získané výstupy potvrdily možnost úspěšné aplikace neuronových sítí v dané oblasti. Jejich využití je možné jako např. součást informačního (varovného) systému nebo pro predikování výskytu ledových jevů v průběhu zimy, což může vést k mírnění jejich dopadů na vodní tok, jeho okolí i obyvatele.
|
|
|
Drought Indices in Panama Canal
Gutiérrez Hernández, Julián Eli ; Máca, Petr (vedoucí práce)
Panama má teplé, deštivé a tropické počasí. Oproti zemím, které se nacházejí dál od rovníku, Panama nezažije sezóny charakterizované teplotními změnami. Přes to, že v Panamě existuje letní a zimní sezóna. Letní sezóna začíná většinou okolo půlky prosince, ale to může kolísat nejdéle o 3 až 4 týdny. V tomto období, silné severovýchodní větry také známé jako "pasáty", začínají foukat a prší málo anebo vůbec po několik týdnů za sebou. Denní teploty vzduchu se jemně zvyšují na 30 --31 Celsius (86-88 Fahrenheit), ale v noci teploty zůstávají okolo 22-23 Celsius (72-73Fahrenheit). Relativní vlhkost klesá při sezóně, dosahuje průměrných hodnot okolo 70 percent. Zimní sezóna obvykle okolo 1. Května, ale také se to může různit o 1 nebo 2 týdny. Květen je často jeden z nejdeštivějších měsíců, hlavně v okolí panamského průplavu, takže přechod suchých okolností letní sezóny na zimní sezónu může být velmi dramatický. Když přijde déšť, teploty klesají trochu přes den a pasáty zanikají. Relativní vlhkost se rychle zvyšuje a zůstane okolo 90 až 100 percent při celé zimní sezóně. Předpovědi sucha mohou být efektivní pomůcka k zmírňování několika nepříznivých následků sucha. Tato diplomová práce porovnává předpovědi indexů sucha na základě použití sedm různých modelů umělého nervového modelu sítě. Analyzované indexy sucha jsou SPI i SPEI-ANN předpověď sucha, a odpovídají období 1985-2014 u povodí panamského průplavu; Vybral jsem sedm ze šedesáti jedné hydrometeorologických sítí, existující v povodí panamského průplavu. Meteorologická data byly získané od úřadu panamského průplavu, oddělení vodních zdrojů, úřad panamského průplavu, Panama. Výkon všech těchto modelů byl porovnáván použitím ME, MAE, RMSE, NS, a PI. Výsledky předpovědí indexů sucha , vysvětlené hodnotami výkonových indexů sedmi modelů, ukazují, že v panamském průplavu existuje problém se suchem. Přes to, že Panama je obecně známá jako dešťová země, sucho může působit těžké problémy. Významné podmínky sucha jsou pozorované v indexu na základě precipitačního a potenciálního vypařování, který se nachází v této práci; Standardizovaný precipitační index(SPI) a standardizovaný precipitační index evapotranspirace (SPEI), byly používané ke kvantifikování sucha v povodí panamského průplavu v období 1985-2014. Výsledky ukazují, že indexy sucha uložené na základě různých proměn ukazují stejné hlavní případy sucha. Indexy sucha na základě precipitace a potenciální evaporace jsou více proměnlivé vůči času oproti indexům sucha na základě výboje. Prostorová distribuce meteorologického sucha je nepravidelná po celém panamském průplavu.
|
|
|
Batymetrie VD Němčice
Prchal, Jan ; Máca, Petr (vedoucí práce) ; Bašta, Petr (oponent)
Batymetrická měření jsou významná pro mapování reliéfu současných vodních nádrží a toků. Z důvodu nedostatku podobných měření na území České republiky je předložená diplomová práce zaměřena na realizaci prvního batymetrického průzkumu na vodní nádrži Němčice ležící na povodí Sedlického potoka. V rámci práce byl proveden sběr batymetrických dat přístrojem River Surveyor M9, zpracování dat interpolačními postupy a vyhodnocení se vzájemným porovnáním výsledků odhadů. Dále byl posuzován vliv rozlišení na retenční objem nádrže a také její režim sedimentů. Na základě vyhodnocení všech měření vychází jako průměrně nejméně chybová metoda Universal Kriging. Zpracována byla data měřená během roku 2015. Výsledek práce může sloužit i jako určitý návod pro následná měření a odhady batymetrických dat na podobných malých vodních nádržích v povodích České republiky.
|
|
|
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.
|
|
| |
host ::
RSS.