{"id":4454,"date":"2018-02-12T10:57:20","date_gmt":"2018-02-12T09:57:20","guid":{"rendered":"http:\/\/www.vtei.cz\/?p=4454"},"modified":"2024-07-16T14:14:30","modified_gmt":"2024-07-16T13:14:30","slug":"response-variability-of-selected-hydrological-models-to-typical-temporal-distributions-of-short-term-precipitation","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.vtei.cz\/en\/2018\/02\/response-variability-of-selected-hydrological-models-to-typical-temporal-distributions-of-short-term-precipitation\/","title":{"rendered":"Response variability of selected hydrological models to typical temporal distributions of short-term precipitation"},"content":{"rendered":"

<\/i> This article is available in Czech only. For translation or more information on this topic, please contact author.<\/h4>\n

 <\/p>\n

Souhrn<\/h2>\n

P\u0159\u00edsp\u011bvek prezentuje \u010d\u00e1st v\u00fdstup\u016f t\u0159\u00edlet\u00e9ho projektu Vliv variability kr\u00e1tkodob\u00fdch sr\u00e1\u017eek a\u00a0n\u00e1sledn\u00e9ho odtoku v\u00a0mal\u00fdch povod\u00edch \u010cesk\u00e9 republiky na hospoda\u0159en\u00ed s\u00a0vodou v\u00a0krajin\u011b. Jeho c\u00edlem bylo odvodit a\u00a0poskytnout u\u017eivatel\u016fm modern\u00ed formou dosud chyb\u011bj\u00edc\u00ed pr\u016fb\u011bhy subdenn\u00edch n\u00e1vrhov\u00fdch sr\u00e1\u017eek a\u00a0analyzovat vliv jejich variability na hydrologick\u00e9 modelov\u00e1n\u00ed a\u00a0navrhov\u00e1n\u00ed staveb v\u00a0krajin\u011b. Tento p\u0159\u00edsp\u011bvek je zam\u011b\u0159en na prezentaci v\u00fdsledk\u016f z\u00a0hodnocen\u00ed dopad\u016f variability sr\u00e1\u017eek prost\u0159ednictv\u00edm hydrologick\u00e9ho modelov\u00e1n\u00ed.<\/p>\n\"\"<\/a>\n

Do citlivostn\u00ed anal\u00fdzy byly zahrnuty modely HMS, SMODERP a\u00a0MikeSHE pro podchycen\u00ed variability zp\u016fsoben\u00e9 v\u00fdb\u011brem modelov\u00e9ho prost\u0159edku. Pr\u016fm\u011brn\u00e9 odhady odtokov\u00e9 v\u00fd\u0161ky z\u00a0modelu HMS se pohybovaly mezi v\u00fdstupy ze zbyl\u00fdch dvou fyzik\u00e1ln\u00edch model\u016f, ale jeho pou\u017eit\u00ed je omezen\u00e9 kv\u016fli metod\u011b SCS-CN, kter\u00e1 nezohled\u0148uje tvar z\u00e1t\u011b\u017eov\u00e9 sr\u00e1\u017eky. Jinak velmi podobn\u00e9 modely SMODERP a\u00a0MikeSHE v\u00a0n\u011bkter\u00fdch sc\u00e9n\u00e1\u0159\u00edch poskytly a\u017e o\u00a0100\u00a0% odli\u0161n\u00e9 v\u00fdsledky \u010dist\u011b vlivem pou\u017eit\u00ed jin\u00e9 metody v\u00fdpo\u010dtu infiltrace. Odli\u0161nosti se vytr\u00e1cej\u00ed p\u0159i v\u00edce nasycen\u00fdch po\u010d\u00e1te\u010dn\u00edch podm\u00ednk\u00e1ch nebo u\u00a0podpr\u016fm\u011brn\u011b vodiv\u00fdch p\u016fd. Pro rozptyl modelovan\u00fdch hodnot zde byly odli\u0161nosti modelu podstatn\u011bj\u0161\u00ed ne\u017e variabilita sr\u00e1\u017eek. Nakonec byla provedena detailn\u00ed citlivostn\u00ed anal\u00fdza v\u00a0modelu MikeSHE. Ta uk\u00e1zala z\u00e1vislost rozptylu modelovan\u00fdch odtokov\u00fdch v\u00fd\u0161ek a\u00a0kulminac\u00ed na pr\u016fm\u011brn\u00e9 \u00farovni vodivost\u00ed p\u016fd, a\u00a0to v\u00a0r\u016fzn\u00e9 m\u00ed\u0159e podle posuzovan\u00e9 charakteristiky. U\u00a0podpr\u016fm\u011brn\u011b vodiv\u00fdch p\u016fd nehr\u00e1l \u010dasov\u00fd pr\u016fb\u011bh sr\u00e1\u017eky t\u00e9m\u011b\u0159 \u017e\u00e1dnou roli pro odtokov\u00e9 v\u00fd\u0161ky, zato kl\u00ed\u010dovou roli pro kulmina\u010dn\u00ed pr\u016ftoky. U\u00a0pr\u016fm\u011brn\u011b vodiv\u00fdch p\u016fd byl pr\u016fb\u011bh sr\u00e1\u017eky shled\u00e1n jako d\u016fle\u017eit\u00fd faktor pro ob\u011b odtokov\u00e9 charakteristiky.<\/p>\n

\u00davod<\/h2>\n

Podrobn\u00e9 \u010dasov\u00e9 rozlo\u017een\u00ed intenzit vydatn\u00fdch kr\u00e1tkodob\u00fdch sr\u00e1\u017eek je jeden z\u00a0v\u00fdznamn\u00fdch faktor\u016f ovliv\u0148uj\u00edc\u00edch hydrologickou reakci mal\u00fdch povod\u00ed. Pr\u016fb\u011bhy sr\u00e1\u017eek v\u0161ak byly doned\u00e1vna na \u00fazem\u00ed \u010cR jen m\u00e1lo prozkoum\u00e1ny. Na jedn\u00e9 stran\u011b \u010dasov\u00e9ho m\u011b\u0159\u00edtka m\u011bla odborn\u00e1 ve\u0159ejnost k\u00a0dispozici katalogy syntetick\u00fdch velmi kr\u00e1tk\u00fdch de\u0161\u0165\u016f (v\u00a0\u0159\u00e1du des\u00edtek minut) pou\u017e\u00edvan\u00fdch v\u00a0m\u011bstsk\u00e9m odvodn\u011bn\u00ed [1] a\u00a0na druh\u00e9 stran\u011b hodinov\u00e9 hyetogramy zpravidla denn\u00edch \u00fahrn\u016f sr\u00e1\u017eek [2] vyu\u017eiteln\u00e9 pro hydrologick\u00e9 anal\u00fdzy v\u011bt\u0161\u00edch povod\u00ed. V\u00a0letech 2015 a\u017e 2017 byl \u0159e\u0161en projekt Vliv variability kr\u00e1tkodob\u00fdch sr\u00e1\u017eek a\u00a0n\u00e1sledn\u00e9ho odtoku v\u00a0mal\u00fdch povod\u00edch \u010cesk\u00e9 republiky na hospoda\u0159en\u00ed s\u00a0vodou v\u00a0krajin\u011b, jeho\u017e jedn\u00edm c\u00edlem bylo popsanou mezeru p\u0159eklenout a\u00a0poskytnout odborn\u00e9 i\u00a0v\u011bdeck\u00e9 ve\u0159ejnosti a\u00a0st\u00e1tn\u00ed spr\u00e1v\u011b jak p\u0159\u00edslu\u0161n\u00e1 subdenn\u00ed sr\u00e1\u017ekov\u00e1 data, tak metodiku pro jejich zpracov\u00e1n\u00ed.<\/p>\n

Dal\u0161\u00edm d\u016fle\u017eit\u00fdm \u00fakolem zm\u00edn\u011bn\u00e9ho projektu bylo identifikovat dopady variability \u010dasov\u00fdch pr\u016fb\u011bh\u016f odvozen\u00fdch kr\u00e1tkodob\u00fdch sr\u00e1\u017eek na navrhov\u00e1n\u00ed drobn\u00fdch vodohospod\u00e1\u0159sk\u00fdch staveb a\u00a0opat\u0159en\u00ed v\u00a0krajin\u011b. Tyto dopady byly hodnoceny prost\u0159ednictv\u00edm hydrologick\u00e9ho modelov\u00e1n\u00ed a\u00a0citlivostn\u00edch anal\u00fdz prov\u00e1d\u011bn\u00fdch z\u00a0d\u016fvodu porovn\u00e1n\u00ed variability vnesen\u00e9 prom\u011bnlivost\u00ed vstupn\u00edch sr\u00e1\u017eek s\u00a0dal\u0161\u00edmi zdroji nejistot. T\u011bmi jsou nap\u0159. nejistoty ve stanoven\u00ed hydrologick\u00fdch charakteristik p\u016fd, nezn\u00e1m\u00e9 po\u010d\u00e1te\u010dn\u00ed podm\u00ednky nasycenosti povod\u00ed v\u00a0okam\u017eiku p\u0159\u00edchodu p\u0159\u00ed\u010dinn\u00e9 sr\u00e1\u017eky, parametrizace vlastnost\u00ed povrchu ovliv\u0148uj\u00edc\u00edch povrchov\u00fd odtok nebo samotn\u00e1 volba hydrologick\u00e9ho modelu.<\/p>\n

Tento p\u0159\u00edsp\u011bvek prezentuje \u010d\u00e1st v\u00fdsledk\u016f zm\u00edn\u011bn\u00e9ho projektu se zam\u011b\u0159en\u00edm na jeho druh\u00fd jmenovan\u00fd c\u00edl \u2013 anal\u00fdzu variability v\u00fdstup\u016f hydrologick\u00e9ho modelov\u00e1n\u00ed kr\u00e1tkodob\u00fdch extr\u00e9mn\u00edch sr\u00e1\u017ekov\u00fdch ud\u00e1lost\u00ed na mal\u00fdch povod\u00edch. Hlavn\u00edm c\u00edlem p\u0159\u00edsp\u011bvku je identifikace kl\u00ed\u010dov\u00fdch nejistot s\u00a0akcentem na v\u00fdznam variability kr\u00e1tkodob\u00fdch sr\u00e1\u017eek.<\/p>\n

N\u00e1stroje a\u00a0metody<\/h2>\n

Pro hodnocen\u00ed nejistot v\u00a0hydrologick\u00e9m modelov\u00e1n\u00ed jsou v\u00a0sou\u010dasnosti pou\u017e\u00edv\u00e1ny stochastick\u00e9 modely nejistot, jako nap\u0159. metoda GLUE [3] nebo DREAM [3]. Dal\u0161\u00ed mo\u017enost\u00ed, kter\u00e1 byla vyu\u017eita v\u00a0t\u00e9to studii, je statistick\u00e9 zpracov\u00e1n\u00ed v\u00fdsledk\u016f velk\u00e9ho mno\u017estv\u00ed simulac\u00ed hydrologick\u00e9ho modelu, pokr\u00fdvaj\u00edc\u00ed vymezen\u00fd parametrick\u00fd prostor vstupn\u00edch veli\u010din. Sestaveno bylo v\u00edce ne\u017e 16\u00a0000 sc\u00e9n\u00e1\u0159\u016f zohled\u0148uj\u00edc\u00edch variabilitu kl\u00ed\u010dov\u00fdch modelov\u00fdch vstup\u016f. Anal\u00fdza v\u00fdstup\u016f byla zam\u011b\u0159ena zejm\u00e9na na identifikaci v\u00fdznamu variability sr\u00e1\u017ekov\u00fdch vstup\u016f pro odezvu hydrologick\u00fdch model\u016f mal\u00fdch povod\u00ed. Do n\u00ed byla zahrnuta krom\u011b variability pr\u016fb\u011bh\u016f intenzit (ve form\u011b \u0161esti nov\u011b odvozen\u00fdch zobecn\u011bn\u00fdch n\u00e1vrhov\u00fdch hyetogram\u016f popsan\u00fdch d\u00e1le v\u00a0textu) tak\u00e9 variabilita sr\u00e1\u017ekov\u00fdch \u00fahrn\u016f (v\u00a0podob\u011b \u00fahrn\u016f s\u00a0n\u011bkolika \u00farovn\u011bmi doby opakov\u00e1n\u00ed), nejistoty stanoven\u00ed \u0159ady charakteristik povod\u00ed (zejm\u00e9na infiltra\u010dn\u00edch vlastnost\u00ed p\u016fd a\u00a0po\u010d\u00e1te\u010dn\u00edho stavu jejich nasycen\u00ed) a\u00a0nejistota vnesen\u00e1 volbou konkr\u00e9tn\u00edho hydrologick\u00e9ho modelu. Uva\u017eov\u00e1ny byly t\u0159i modely s\u00a0odli\u0161nou strukturou a\u00a0p\u0159\u00edstupem k\u00a0ur\u010den\u00ed odtokov\u00e9 odezvy. Aplikov\u00e1ny byly na p\u011bti charakteristick\u00fdch povod\u00edch vybran\u00fdch v\u00a0r\u00e1mci klasifikace cca 7 700 povod\u00ed IV. \u0159\u00e1du podrobn\u011b popsan\u00e9 v\u00a0n\u00e1sleduj\u00edc\u00edm \u010dl\u00e1nku Kategorizace povod\u00ed IV. \u0159\u00e1du z\u00a0pohledu hydrologick\u00e9ho modelov\u00e1n\u00ed<\/em>. Pro ka\u017edou kombinaci hydrologick\u00e9ho modelu a\u00a0charakteristick\u00e9ho povod\u00ed bylo namodelov\u00e1no 30 skupin sr\u00e1\u017ekov\u00fdch sc\u00e9n\u00e1\u0159\u016f (6 hyetogram\u016f\u00a0\u00d7\u00a05\u00a0dob opakov\u00e1n\u00ed) a\u00a0v\u00a0r\u00e1mci ka\u017ed\u00e9 skupiny byly pou\u017eity dal\u0161\u00ed d\u00edl\u010d\u00ed sc\u00e9n\u00e1\u0159e zachycuj\u00edc\u00ed variabilitu kl\u00ed\u010dov\u00fdch modelov\u00fdch parametr\u016f. Anal\u00fdza souboru v\u00fdsledk\u016f v\u00a0z\u00e1v\u011bru identifikovala kl\u00ed\u010dov\u00e9 faktory a\u00a0hlavn\u00ed zdroje nejistot pro dv\u011b posuzovan\u00e1 modelov\u00e1 krit\u00e9ria \u2013 objem odtoku a\u00a0velikost kulminace.<\/p>\n

Variabilita pr\u016fb\u011bh\u016f kr\u00e1tkodob\u00fdch sr\u00e1\u017eek<\/h3>\n

V\u00a0r\u00e1mci v\u00fd\u0161e zm\u00edn\u011bn\u00e9ho projektu byla provedena detailn\u00ed anal\u00fdza pr\u016fb\u011bh\u016f kr\u00e1tkodob\u00fdch sr\u00e1\u017eek na \u00fazem\u00ed \u010cR. Podkladem vyhodnocen\u00ed byla desetilet\u00e1 \u0159ada podrobn\u00fdch radarov\u00fdch m\u011b\u0159en\u00ed adjustovan\u00fdch pomoc\u00ed pozemn\u00edch stani\u010dn\u00edch m\u011b\u0159en\u00ed denn\u00edch sr\u00e1\u017ekov\u00fdch \u00fahrn\u016f na \u00fazem\u00ed cel\u00e9 \u010cR. Jako \u010dasov\u00e1 z\u00e1kladna n\u00e1vrhov\u00fdch hyetogram\u016f byl ur\u010den interval dlouh\u00fd 6\u00a0hodin. Ten je vhodn\u00fdm kompromisem mezi jedn\u00edm dnem, kter\u00fd je z\u00a0hlediska doby koncentrace v\u00a0mal\u00e9m povod\u00ed p\u0159\u00edli\u0161 dlouh\u00fdm \u010dasov\u00fdm \u00fasekem, a\u00a0hodinou, kter\u00e1 zpravidla nezahrnuje celou p\u0159\u00ed\u010dinnou sr\u00e1\u017eku a\u00a0ani nezohled\u0148uje dostate\u010dn\u011b vnit\u0159n\u00ed tvarovou variabilitu nap\u0159. v\u00a0podob\u011b n\u00e1sobn\u00fdch vrchol\u016f a\u00a0pokles\u016f intenzit v\u00a0r\u00e1mci d\u00e9le trvaj\u00edc\u00edch ud\u00e1lost\u00ed. Anal\u00fdzou vnit\u0159n\u00edho rozd\u011blen\u00ed \u00fahrn\u016f sr\u00e1\u017eky co do koncentrace maxim\u00e1ln\u00edch \u00fahrn\u016f b\u011bhem 3, 2, 1 a\u00a00,5\u00a0hodiny a\u00a0polohy t\u011bchto maxim bylo odvozeno \u0161est zobecn\u011bn\u00fdch hyetogram\u016f A\u2013F zobrazen\u00fdch na obr. 1<\/em>. V\u00edce podrobnost\u00ed o\u00a0metod\u00e1ch odvozen\u00ed lze nal\u00e9zt v\u00a0[4]. Tyto n\u00e1vrhov\u00e9 hyetogramy byly pou\u017eity pro zohledn\u011bn\u00ed variability a\u00a0pr\u016fb\u011bhu sr\u00e1\u017eek a\u00a0anal\u00fdzu jej\u00edho v\u00fdznamu na v\u00fdsledky hydrologick\u00e9ho modelov\u00e1n\u00ed prezentovan\u00e9 v\u00a0tomto p\u0159\u00edsp\u011bvku.<\/p>\n\"\"<\/a>\n

Obr. 1. N\u00e1vrhov\u00e9 hyetogramy \u0161estihodinov\u00fdch sr\u00e1\u017eek; hodnoty na ose y p\u0159edstavuj\u00ed minutov\u00e9 \u00fahrny vzta\u017een\u00e9 k celkov\u00e9mu \u00fahrnu sr\u00e1\u017eky
\nFig. 1. Design hyetographs of 6-hour rainfalls; values on the y-axis present the 1-minute rainfall depths related to the overal rainfall total<\/h6>\n

Zobecn\u011bn\u00e9 hyetogramy byly d\u00e1le v\u00a0uveden\u00e9m projektu analyzov\u00e1ny z\u00a0hlediska pravd\u011bpodobnosti jejich v\u00fdskytu na \u00fazem\u00ed \u010cR v\u00a0z\u00e1vislosti na dob\u011b opakov\u00e1n\u00ed sr\u00e1\u017ekov\u00e9ho \u00fahrnu a\u00a0p\u0159\u00edslu\u0161n\u00e9 lokalit\u011b. Spolu s\u00a0p\u0159ibli\u017en\u00fdmi odhady N-let\u00fdch \u0161estihodinov\u00fdch \u00fahrn\u016f (na z\u00e1klad\u011b 10\u00a0let m\u011b\u0159en\u00ed) jsou v\u0161echna tato data zp\u0159\u00edstupn\u011bna ve\u0159ejnosti prost\u0159ednictv\u00edm webov\u00fdch slu\u017eeb prezentovan\u00fdch v\u00a0\u010dl\u00e1nku Webov\u00e9 slu\u017eby pro poskytov\u00e1n\u00ed n\u00e1vrhov\u00fdch sr\u00e1\u017eek<\/em> publikovan\u00e9m v\u00a0tomto \u010dasopise. Prostorov\u00e9 rozlo\u017een\u00ed pravd\u011bpodobnosti v\u00fdskyt\u016f jednotliv\u00fdch n\u00e1vrhov\u00fdch hyetogram\u016f nebylo v\u00a0p\u0159edkl\u00e1dan\u00e9 modelov\u00e9 studii nijak zohledn\u011bno, uva\u017eov\u00e1ny byly v\u017edy v\u0161echny typy pr\u016fb\u011bh\u016f sr\u00e1\u017eek pro doby opakov\u00e1n\u00ed 2, 5, 20, 50 a\u00a0100\u00a0let, \u00fazemn\u011b platn\u00e9 pro p\u011bt reprezentativn\u00edch povod\u00ed.<\/p>\n

V\u00fdb\u011br modelov\u00fdch n\u00e1stroj\u016f<\/h3>\n

Hydrologick\u00e9 v\u00fdpo\u010dty p\u0159edstavuj\u00ed v\u00a0sou\u010dasnosti asi nejpou\u017e\u00edvan\u011bj\u0161\u00ed zp\u016fsob hodnocen\u00ed potenci\u00e1ln\u00edch sr\u00e1\u017eko-odtokov\u00fdch ud\u00e1lost\u00ed. Jejich pr\u016fb\u011bh je ovlivn\u011bn velk\u00fdm mno\u017estv\u00edm faktor\u016f, z\u00a0nich\u017e mnoh\u00e9 jsme dnes schopni popsat velmi p\u0159esn\u011b, jin\u00e9 zjednodu\u0161en\u011b n\u011bkolika parametry a\u00a0n\u011bkter\u00e9 nedovedeme p\u0159edv\u00eddat v\u016fbec. Pr\u00e1v\u011b neznalost p\u0159esn\u00e9ho stavu a\u00a0v\u0161ech proces\u016f v\u00a0hodnocen\u00e9m syst\u00e9mu vy\u017eaduje zaveden\u00ed zjednodu\u0161en\u00ed do v\u00fdpo\u010dt\u016f \u2013 pou\u017eit\u00ed ur\u010dit\u00e9ho modelu.<\/p>\n

Hydrologick\u00fdch model\u016f existuje nespo\u010det a\u00a0klasifikov\u00e1ny jsou podle \u0159ady hledisek [5], nap\u0159. podle \u010dasov\u00e9ho m\u011b\u0159\u00edtka, velikosti a\u00a0prostorov\u00e9ho \u010dlen\u011bn\u00ed modelovan\u00e9 dom\u00e9ny nebo slo\u017eitosti popisu a\u00a0po\u010dtu proces\u016f zohledn\u011bn\u00fdch v\u00a0modelovan\u00e9m syst\u00e9mu. P\u0159i posuzov\u00e1n\u00ed citlivosti odtokov\u00e9 odezvy na pr\u016fb\u011bh p\u0159\u00ed\u010dinn\u00e9 sr\u00e1\u017eky prost\u0159ednictv\u00edm hydrologick\u00e9ho modelov\u00e1n\u00ed jsou nutn\u011b v\u00fdstupy systematicky ovlivn\u011bny ji\u017e samotnou volbou modelu. Za \u00fa\u010delem identifikace, p\u0159\u00edpadn\u011b kvantifikace nejistot zp\u016fsoben\u00fdch volbou modelu bylo do\u00a0\u0159e\u0161en\u00ed zapojeno v\u00edce model\u016f, kter\u00e9 se v\u00fdznamn\u011b li\u0161\u00ed sv\u00fdm p\u0159\u00edstupem k\u00a0modelovan\u00e9 hydrologick\u00e9 odezv\u011b povod\u00ed a\u00a0kter\u00e9 jsou zn\u00e1m\u00e9 nebo pou\u017e\u00edvan\u00e9 v\u00a0\u010desk\u00e9m prost\u0159ed\u00ed. Podrobn\u011bji jsou klasifikace a\u00a0v\u00fdb\u011br t\u011bchto reprezentativn\u00edch model\u016f pops\u00e1ny v\u00a0\u010dl\u00e1nku viz [6].<\/p>\n

Tabulka 1. Metody v\u00fdpo\u010dtu a\u00a0zohledn\u011bn\u00e9 procesy vybran\u00fdch model\u016f
\nTable 1. Computational methods and processes considered in selected models<\/h5>\n\"\"<\/a>\n

Tento p\u0159\u00edsp\u011bvek prezentuje v\u00fdstupy modelov\u00e1n\u00ed ve t\u0159ech z\u00a0vybran\u00fdch model\u016f: HMS jako v\u00a0praxi neju\u017e\u00edvan\u011bj\u0161\u00ed konceptu\u00e1ln\u00ed model, SMODERP jako autorsk\u00fd v\u00fdzkumn\u00fd open source v\u00fdpo\u010detn\u00ed n\u00e1stroj a\u00a0MikeSHE jako referen\u010dn\u00ed model s\u00a0velmi vysokou \u00farovn\u00ed komplexnosti. P\u0159ehled zohledn\u011bn\u00fdch hydrologick\u00fdch proces\u016f a\u00a0metody jejich v\u00fdpo\u010dtu v\u00a0t\u011bchto vybran\u00fdch modelech shrnuje tabulka 1<\/em>. Podrobn\u011bj\u0161\u00ed popis model\u016f jde nad r\u00e1mec tohoto p\u0159\u00edsp\u011bvku, d\u00e1le budou pouze stru\u010dn\u011b p\u0159edstaveny jejich hlavn\u00ed charakteristiky kv\u016fli n\u00e1vaznosti na prezentovan\u00e9 v\u00fdsledky.<\/p>\n

HEC-HMS (SCS-CN)<\/h3>\n

Pro hydrologickou praxi velmi dob\u0159e zn\u00e1m\u00fd HEC-HMS [8] je ve\u0159ejn\u011b dostupn\u00fd a\u00a0bezplatn\u011b poskytovan\u00fd n\u00e1stroj vyv\u00edjen\u00fd v\u00a0americk\u00e9m Hydrologic Engineering Center. Jedn\u00e1 se o\u00a0softwarov\u00e9 prost\u0159ed\u00ed umo\u017e\u0148uj\u00edc\u00ed vyu\u017eit\u00ed \u0159ady v\u00fdpo\u010detn\u00edch model\u016f a\u00a0metod, z\u00a0nich\u017e asi nejroz\u0161\u00ed\u0159en\u011bj\u0161\u00ed je metoda odtokov\u00fdch k\u0159ivek SCS-CN [8]. Tato konceptu\u00e1ln\u00ed metoda je s\u00a0\u00fasp\u011bchem vyu\u017e\u00edv\u00e1na des\u00edtky let i\u00a0v\u00a0\u010desk\u00e9m prost\u0159ed\u00ed d\u00edky sv\u00e9 jednoduchosti a\u00a0snadn\u00e9 aplikovatelnosti. Kl\u00ed\u010dov\u00fdm vstupem je \u010d\u00edslo odtokov\u00e9 k\u0159ivky z\u00e1visl\u00e9 na hydrologick\u00e9 skupin\u011b p\u016fd a\u00a0p\u016fdn\u00edm pokryvu. Tabelovan\u00e1 hodnota plat\u00ed pro pr\u016fm\u011brn\u00e9 nasycen\u00ed povod\u00ed (podle indexu p\u0159edchoz\u00ed sr\u00e1\u017eky, IPS 2), v\u00a0literatu\u0159e jsou pak publikov\u00e1ny vztahy pro p\u0159epo\u010det na dva extr\u00e9mn\u00ed stavy \u2013 such\u00fd (IPS 1) a\u00a0vlhk\u00fd (IPS 3). V\u00fdstupem metody je odtokov\u00e1 v\u00fd\u0161ka nebo tak\u00e9 \u00fahrn efektivn\u00ed sr\u00e1\u017eky. S\u00a0vyu\u017eit\u00edm vstupn\u00edho hyetogramu lze s\u00a0touto metodou odvodit i\u00a0hyetogram efektivn\u00ed sr\u00e1\u017eky. Velkou nev\u00fdhodou t\u00e9to metody je, \u017ee hodnota v\u00fdsledn\u00e9 odtokov\u00e9 v\u00fd\u0161ky nen\u00ed z\u00e1visl\u00e1 na \u010dasov\u00e9m rozlo\u017een\u00ed p\u0159\u00ed\u010dinn\u00e9 sr\u00e1\u017eky. Odtokov\u00e1 v\u00fd\u0161ka ze dvou sr\u00e1\u017eek s\u00a0toto\u017en\u00fdm \u00fahrnem ale s\u00a0pr\u016fb\u011bhy nap\u0159. v\u00a0podob\u011b rovnom\u011brn\u00e9ho de\u0161t\u011b n\u00edzk\u00e9 intenzity a\u00a0p\u0159\u00edvalovou sr\u00e1\u017ekou je rovn\u011b\u017e toto\u017en\u00e1, co\u017e neodpov\u00edd\u00e1 fyzik\u00e1ln\u00edm princip\u016fm tvorby p\u0159\u00edm\u00e9ho odtoku.<\/p>\n

Pro ur\u010den\u00ed v\u00fdsledn\u00e9ho odtoku z\u00a0p\u0159\u00ed\u010dinn\u00e9 sr\u00e1\u017eky je nutn\u00e9 hyetogram efektivn\u00ed sr\u00e1\u017eky z\u00edskan\u00fd metodou SCS-CN transformovat do odtokov\u00e9 odezvy. HMS k\u00a0tomuto vyu\u017e\u00edv\u00e1 nej\u010dast\u011bji metodu jednotkov\u00e9ho hydrogramu. Jedn\u00e1 se o\u00a0jedno- \u010di v\u00edceparametrickou matematickou funkci rozkl\u00e1daj\u00edc\u00ed jednor\u00e1zov\u00fd sr\u00e1\u017ekov\u00fd impulz do odtokov\u00e9 vlny. Parametry ur\u010duj\u00edc\u00ed tvar hydrogramu lze odvodit \u010dasto z\u00a0hydromorfologick\u00fdch charakteristik povod\u00ed, nap\u0159\u00edklad maxim\u00e1ln\u00ed d\u00e9lky odtokov\u00e9 dr\u00e1hy a\u00a0pr\u016fm\u011brn\u00e9ho sklonu povod\u00ed.<\/p>\n

Velkou v\u00fdhodou metody SCS-CN je jej\u00ed v\u00fdpo\u010detn\u00ed jednoduchost umo\u017e\u0148uj\u00edc\u00ed automatizaci a\u00a0rychl\u00fd v\u00fdpo\u010det. Samotn\u00e9 prost\u0159ed\u00ed HMS obsahuje modul pro citlivostn\u00ed anal\u00fdzy, v\u00a0n\u011bm\u017e si u\u017eivatel m\u016f\u017ee snadno definovat rozsah a\u00a0statistick\u00e9 rozd\u011blen\u00ed hodnot vybran\u00e9ho parametru a\u00a0\u0159\u00e1dov\u011b b\u011bhem minut vy\u010d\u00edslit stovky realizac\u00ed. V\u00fdsledkem je pak jednoduch\u00e9 statistick\u00e9 zobrazen\u00ed rozptylu a\u00a0charakteristik modelovan\u00fdch hydrogram\u016f, p\u0159\u00edpadn\u011b je mo\u017en\u00e9 cel\u00fd soubor realizac\u00ed exportovat a\u00a0zpracovat v\u00a0integrovan\u00e9 prohl\u00ed\u017ee\u010dce DSS Vue (viz obr. 2<\/em>) nebo extern\u00edm softwaru.<\/p>\n

SMODERP<\/h3>\n

Tento fyzik\u00e1ln\u011b zalo\u017een\u00fd sr\u00e1\u017eko-odtokov\u00fd model je p\u0159\u00edmo zac\u00edlen na navrhov\u00e1n\u00ed drobn\u00fdch staveb v\u00a0krajin\u011b. Jedn\u00e1 se o\u00a0epizodn\u00ed model, jeho\u017e v\u00fdsledky lze vyu\u017e\u00edt k\u00a0z\u00edsk\u00e1n\u00ed n\u00e1vrhov\u00fdch hydrologick\u00fdch parametr\u016f. V\u00a0modelu jsou zahrnuty procesy infiltrace (Philipova rovnice) i\u00a0povrchov\u00e9 retence. Tento model se v\u00a0podob\u011b profilov\u00e9 verze (1D) objevuje v\u00a0p\u0159edch\u00e1zej\u00edc\u00edch metodik\u00e1ch, nap\u0159. [9, 10]. Model v\u00a0profilov\u00e9 verzi je dostupn\u00fd na str\u00e1nk\u00e1ch Katedry hydromeliorac\u00ed a\u00a0krajinn\u00e9ho in\u017een\u00fdrstv\u00ed, Fakulty stavebn\u00ed, \u010cVUT v\u00a0Praze (storm.fsv.cvut.cz). V\u00fdvoj profilov\u00e9 verze modelu byl ji\u017e ukon\u010den a\u00a0byl nahrazen prostorov\u00fdm \u0159e\u0161en\u00edm (2D), v\u00a0n\u011bm\u017e jsou krom\u011b plo\u0161n\u00e9ho odtoku zahrnuty procesy soust\u0159ed\u011bn\u00e9ho odtoku v\u00a0r\u00fdh\u00e1ch a\u00a0odtok ve vodn\u00edch toc\u00edch.<\/p>\n

Nov\u011b vyv\u00edjen\u00e1 verze modelu SMODERP 2D je koncipov\u00e1na tak, aby bylo mo\u017en\u00e9 vyu\u017e\u00edt b\u011b\u017en\u011b dostupn\u00e1 data o\u00a0p\u016fd\u011b, vegetaci a\u00a0morfologii. Doporu\u010den\u00e9 st\u0159edn\u00ed hodnoty jsou sou\u010d\u00e1st\u00ed manu\u00e1lu k\u00a0modelu. Sou\u010dasn\u00e1 verze vyu\u017e\u00edv\u00e1 prost\u0159ed\u00ed ArcGIS, do budoucna je pl\u00e1nov\u00e1no poskytnut\u00ed verze modelu pro voln\u011b dostupn\u00e9 GIS prost\u0159ed\u00ed (QGIS, GRASS).<\/p>\n

V\u00fdhodou modelu je pln\u011b distribuovan\u00fd p\u0159\u00edstup a\u00a0fyzik\u00e1ln\u00ed p\u0159\u00edstup umo\u017e\u0148uj\u00edc\u00ed detailn\u011bj\u0161\u00ed anal\u00fdzu modelovan\u00e9ho \u00fazem\u00ed, jeho\u017e heterogenitu nejsou celistv\u00e9 modely schopn\u00e9 zohlednit. V\u00a0neposledn\u00ed \u0159ad\u011b je to pak otev\u0159enost k\u00f3du a\u00a0do budoucna i\u00a0nez\u00e1vislost na komer\u010dn\u00edch platform\u00e1ch. V\u00a0sou\u010dasn\u00e9 verzi je prozat\u00edm velkou nev\u00fdhodou zna\u010dn\u00e1 \u010dasov\u00e1 n\u00e1ro\u010dnost v\u00fdpo\u010dtu (\u0159\u00e1dov\u011b hodiny pro mal\u00e9 povod\u00ed). S\u00a0t\u00edm je spojena i\u00a0n\u00e1ro\u010dnost p\u0159\u00edpadn\u00e9 citlivostn\u00ed anal\u00fdzy, \u010das nutn\u00fd k\u00a0jej\u00edmu proveden\u00ed geometricky nar\u016fst\u00e1 s\u00a0po\u010dtem voln\u00fdch parametr\u016f a\u00a0po\u010dtem realizac\u00ed.<\/p>\n

MikeSHE<\/h3>\n

Jedn\u00e1 se o\u00a0jeden z\u00a0modul\u016f rodiny MIKE od d\u00e1nsk\u00e9ho giganta DHI s\u00a0celosv\u011btovou p\u016fsobnost\u00ed v\u00a0oblasti vodn\u00edho hospoda\u0159en\u00ed a\u00a0pl\u00e1nov\u00e1n\u00ed. Zam\u011b\u0159en\u00fd je na modelov\u00e1n\u00ed proces\u016f v\u00a0povod\u00ed pomoc\u00ed prostorov\u011b distribuovan\u00e9ho fyzik\u00e1ln\u00edho p\u0159\u00edstupu. V\u00a0z\u00e1vislosti na zakoupen\u00e9 licenci si m\u016f\u017ee u\u017eivatel vybrat z\u00a0cel\u00e9 palety v\u00fdpo\u010detn\u00edch metod, nap\u0159\u00edklad v\u00a0oblasti infiltrace od jednoduch\u00fdch koncept\u016f p\u0159es metodu Green&Ampt a\u017e po Richardsovu rovnici v\u010detn\u011b preferen\u010dn\u00edho proud\u011bn\u00ed v\u00a0makrop\u00f3rech. Nesaturovan\u00e1 z\u00f3na je jako v\u00a0naprost\u00e9 v\u011bt\u0161in\u011b model\u016f zam\u011b\u0159en\u00fdch na hydrologii povod\u00ed \u0159e\u0161ena pouze v\u00a01D, ani MikeSHE tedy nen\u00ed schopen modelovat later\u00e1ln\u00ed slo\u017eky podpovrchov\u00e9ho odtoku. Hlavn\u00ed devizou tohoto modelu je pr\u00e1v\u011b zm\u00edn\u011bn\u00e1 komplexnost \u0159e\u0161en\u00ed, kter\u00e1 je v\u0161ak vykoupena n\u00e1roky na vstupn\u00ed data. Za hlavn\u00ed nev\u00fdhodu lze pova\u017eovat po\u0159izovac\u00ed cenu, kter\u00e1 prakticky znemo\u017e\u0148uje pou\u017eit\u00ed v\u00a0b\u011b\u017en\u00fdch podm\u00ednk\u00e1ch \u010desk\u00e9 projekce a\u00a0pl\u00e1nov\u00e1n\u00ed. Z\u00a0hlediska v\u00fdpo\u010detn\u00edho v\u00fdkonu je na tom MikeSHE d\u00edky sv\u00e9mu dlouh\u00e9mu a\u00a0podporovan\u00e9mu v\u00fdvoji o\u00a0pozn\u00e1n\u00ed l\u00e9pe ne\u017e autorsk\u00fd v\u00fdzkumn\u00fd SMODERP, v\u00fdpo\u010det pr\u016fm\u011brn\u00e9 sr\u00e1\u017eko-odtokov\u00e9 ud\u00e1losti na st\u0159edn\u011b komplikovan\u00e9m modelu mal\u00e9ho\u00a0povod\u00ed je ot\u00e1zkou des\u00edtky minut. D\u00edky tomu je realizace citlivostn\u00ed anal\u00fdzy na rozs\u00e1hlej\u0161\u00edm setu vstupn\u00edch sc\u00e9n\u00e1\u0159\u016f l\u00e9pe provediteln\u00e1, ale jako ka\u017ed\u00fd fyzik\u00e1ln\u00ed model i\u00a0MikeSHE m\u00e1 sv\u00e9 limity z\u00a0hlediska geometrick\u00e9ho n\u00e1r\u016fstu v\u00fdpo\u010detn\u00ed doby s\u00a0po\u010dtem sc\u00e9n\u00e1\u0159\u016f.<\/p>\n\"\"<\/a>\n

Obr.\u00a02. V\u00a0prost\u0159ed\u00ed softwaru DSS Vue u\u017eivatelsky upraven\u00e1 vizualizace medi\u00e1n\u016f a\u00a0extr\u00e9mn\u00edch obalov\u00fdch k\u0159ivek odtokov\u00fdch hydrogram\u016f pro sady simulac\u00ed z\u00a0HMS, barevn\u011b odli\u0161eny sc\u00e9n\u00e1\u0159e pro CN1 (modr\u00e1), CN2 (\u017elut\u00e1) a\u00a0CN3 (\u010derven\u00e1)
\nFig. 2. In DSS Vue environment adjusted visualization of medians and extreme envelope curves of hydrographs for three sets of simulations in HMS; particular sets of scenarios with CN values for API from 1 to 3 filled with blue, yellow and red, respectively<\/h6>\n

Zdrojov\u00e1 data a\u00a0tvorba v\u00fdpo\u010detn\u00edch sc\u00e9n\u00e1\u0159\u016f<\/h3>\n

Ve v\u0161ech vybran\u00fdch n\u00e1stroj\u00edch (HMS, MikeSHE, SMODERP) byly sestaveny modely p\u011bti charakteristick\u00fdch povod\u00ed: B\u00fdkovick\u00e9ho potoka (1), Struha\u0159ovsk\u00e9ho potoka (2), Chouzav\u00e9 (3), \u0160kvoreck\u00e9ho (4) a\u00a0Halounsk\u00e9ho potoka (5). Tato povod\u00ed byla vybr\u00e1na jako charakteristi\u010dt\u00ed z\u00e1stupci t\u0159\u00edd povod\u00ed vze\u0161l\u00fdch z\u00a0klasifikace, kter\u00e1 je pops\u00e1na v\u00a0n\u00e1sleduj\u00edc\u00edm \u010dl\u00e1nku, tamt\u00e9\u017e je zn\u00e1zorn\u011bna poloha povod\u00ed v\u00a0r\u00e1mci \u010cR. Z\u00e1kladn\u00ed charakteristiky reprezentativn\u00edch povod\u00ed uv\u00e1d\u00ed tabulka 2<\/em>. Modely t\u011bchto povod\u00ed byly zat\u00ed\u017eeny 30 variantami sr\u00e1\u017ekov\u00fdch hyetogram\u016f, jednotliv\u00e9 varianty sest\u00e1valy z\u00a0kombinac\u00ed 6 bezrozm\u011brn\u00fdch n\u00e1vrhov\u00fdch hyetogram\u016f aplikovan\u00fdch na 5 celkov\u00fdch \u00fahrn\u016f s\u00a0dobami opakov\u00e1n\u00ed 2, 5, 20, 50 a\u00a0100\u00a0let. N\u00e1vrhov\u00e9 \u00fahrny sr\u00e1\u017eek za 6\u00a0hodin byly z\u00edsk\u00e1ny metodou redukce [11] denn\u00edch \u00fahrn\u016f [12] a\u00a0pohybovaly se v\u00a0rozmez\u00ed od 29 do 88\u2008mm. Morfologick\u00e9 charakteristiky byly odvozov\u00e1ny pomoc\u00ed DMR 4G, polohopisn\u00e9 \u00fadaje ze ZABAGED. Detailn\u00ed charakteristiky a\u00a0jejich hodnoty byly zvoleny odli\u0161n\u011b pro jednotliv\u00e9 modely. Vzhledem k\u00a0podobn\u00fdm princip\u016fm model\u016f MikeSHE a\u00a0SMODERP byly pro tyto modely sc\u00e9n\u00e1\u0159e vytv\u00e1\u0159eny t\u00e9m\u011b\u0159 identicky a\u017e na drobn\u00e9 rozd\u00edly v\u00a0infiltra\u010dn\u00ed rutin\u011b a\u00a0rutin\u011b pro v\u00fdpo\u010det korytov\u00e9ho odtoku. Kv\u016fli zna\u010dn\u011b del\u0161\u00ed v\u00fdpo\u010detn\u00ed dob\u011b ve SMODERP byl pro tento model vybr\u00e1n jen kontroln\u00ed vzorek sc\u00e9n\u00e1\u0159\u016f sestaven\u00fdch pro MikeSHE.<\/p>\n\"\"<\/a>\n

Obr. 3. Nekonzistentn\u00ed vstupn\u00ed vrstva zrnitosti p\u016fdy pro model povod\u00ed Halounsk\u00e9ho potoka ilustruj\u00edc\u00ed problematick\u00e9 propojen\u00ed prostorov\u00fdch datab\u00e1z\u00ed pro lesn\u00ed a\u00a0zem\u011bd\u011blsk\u00e9 p\u016fdy
\nFig. 3. Inconsistent soil texture dataset as the input for the model of Halounsky stream catchment illustrates the intricate linking of two available source datasets \u2013 one for the agricultural land, other for forests<\/h6>\n

Pro modelov\u00e1n\u00ed infiltrace ve fyzik\u00e1ln\u00edch modelech jsou kl\u00ed\u010dov\u00fdm vstupem hydraulick\u00e9 charakteristiky p\u016fd, zejm\u00e9na (a\u00a0\u010dasto pouze ona) nasycen\u00e1 hydraulick\u00e1 vodivost. Tato veli\u010dina je z\u00e1visl\u00e1 na \u0159ad\u011b p\u016fdn\u00edch charakteristik, nej\u010dast\u011bji je vztahov\u00e1na k\u00a0jej\u00edmu zrnitostn\u00edmu slo\u017een\u00ed. Regionalizovan\u00e9 informace o\u00a0zrnitosti p\u016fd lze v\u00a0\u010cR sice z\u00edskat pouze synt\u00e9zou z\u00a0v\u00edce datov\u00fdch zdroj\u016f, zejm\u00e9na kv\u016fli rozd\u011blen\u00ed p\u016fdn\u00edho fondu na lesn\u00ed a\u00a0zem\u011bd\u011blskou p\u016fdu. Pro modelov\u00e1n\u00ed zde byla propojena data o\u00a0zrnitosti ornice z\u00a0komplexn\u00edho pr\u016fzkumu p\u016fd podle V\u00daMOP [13] a\u00a0zrnitosti lesn\u00edch p\u016fd vzta\u017een\u00e9 k\u00a0lesn\u00edm typ\u016fm z\u00edskan\u00e9 od \u00daHUL\u00a0[14]. Propojen\u00ed v\u0161ech t\u011bchto podklad\u016f nen\u00ed trivi\u00e1ln\u00ed \u00falohou a\u00a0zan\u00e1\u0161\u00ed do modelov\u00e1n\u00ed \u0159adu nep\u0159esnost\u00ed a\u00a0nejistot (viz obr. 3<\/em>), nap\u0159. kv\u016fli nesouladu v\u00a0klasifikaci p\u016fd na lesn\u00ed (USDA) a\u00a0zem\u011bd\u011blsk\u00e9 p\u016fd\u011b (Nov\u00e1kova klasifikace). Podrobn\u00fd popis \u0159e\u0161en\u00ed pou\u017eit\u00e9ho ve zm\u00edn\u011bn\u00e9m projektu v\u0161ak jde za r\u00e1mec tohoto p\u0159\u00edsp\u011bvku.<\/p>\n

Sc\u00e9n\u00e1\u0159e pro MikeSHE a\u00a0SMODERP<\/h4>\n

Vedle parametr\u016f z\u00e1t\u011b\u017eov\u00e9 sr\u00e1\u017eky byly p\u0159i tvorb\u011b sc\u00e9n\u00e1\u0159\u016f pro citlivostn\u00ed anal\u00fdzu v\u00a0MikeSHE a\u00a0SMODERP vybr\u00e1ny n\u00e1sleduj\u00edc\u00ed parametry:<\/p>\n