Zpracování hydrologických dat

Transkript

1 Zpracování hydrologických dat RNDr. Milada Matoušková, Ph.D. Katedra fyzické geografie a geoekologie, PřF UK v Praze matouskova@natur.cuni.cz

2 HYDROMETRIE měření hydrologických jevů (monitoring) počítačové (databázové) zpracování vyhodnocení dat Rakovnický potok, foto Matoušková odtokový režim (vodní stavy, průtoky) výskyt a chod ledových jevů teplotní režim hladina podzemních vod jakost povrchových vod jakost podzemních vod

3 Metody hodnocení variability a trendů odtokového režimu Hodnocení odtokového režimu (vodních stavů a průtoků) metody: grafické statistické sledování velikosti změn, časového průběhu, četnosti výskytu a variability jevů Změny odtokového režimu: neustálé okamžitý H, Q - maximální H max, Q max průměrný denní Hd, Qd - minimální H min, Q min průměrný měsíční Hm, Qm - medián H 182,5 Q 182,5 průměrný roční Hr, Qr - modus dlouhodobý Ha, Qa HYDROMODUL - rozpětí mezi maximálním a minimálním vodním stavem

4 Hodnocení průměrných denních vodních stavů/průtoků (Hd, Qd) 1) čáry průměrných denních průtoků 1,20 Vývoj průměrných denních průtoků v roce 1999 Profil: Rakovník 1,00 0,80 Qd (m 3 /s) 0,60 0,40 0,20 0, měsíc Zdroj dat: ČHMÚ

5 Čáry průměrných denních průtoků Profile Rakovník 1901, average daily discharge year Zdroj dat: ČHMÚ discharge m3/s

6 Hodnocení průměrných denních vodních stavů/průtoků (Hd, Qd) 2) čáry překročení průměrných denních průtoků 1,200 Křivka překročení Qd 1997, 1998, 1999 Profil: Rakovník 1,000 0,800 průtok Qd (m 3 /s) 0,600 0,400 0,200 0, dny překročení Zdroj dat: ČHMÚ

7 M denní průtoky, profil Rakovník, Průtok Q30 Q60 Q90 Q120 Q150 Q180 Q210 Q240 Q270 Q300 Q330 Q355 Q360 m3/s 1,21 0,86 0,68 0,575 0,52 0,453 0,41 0,38 0,34 0,3 0,25 0,195 0,179 Křivka překročení Qd průtok Qd (m3/s) dny překročení Zdroj dat: ČHMÚ

8 Ukázka databáze Qd profil rok mesic den prutok m3/s , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,380 profil rok mesic den prutok m3/s poradi , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , Zdroj dat: ČHMÚ

9 Statistické míry variability Qd Decilová odchylka (D) průměr odchylek jednotlivých sousedních decilů, tj. hodnot průtoků, které rozdělují uspořádanou řadu průtoku na deset skupin o stejném počtu členů platí, čím je hodnota decilové odchylka vyšší, tím je vyšší variabilita souboru D = ( Q30 Q60) + ( Q60 Q90) +...( Q300 Q330) Q30 Q330 = Variační koeficient (Cv) platí, čím je hodnota variačního koeficientu vyšší, tím je vyšší variabilita souboru C v = = Q a ( Q d Q a) n Q a 2 δ... směrodatná odchylka Qa... dlouhodobý průměrný průtok Qd... průměrný denní průtok n... počet členů řady

10 Statistické míry variability Qd Poměr průměrné odchylky k mediánu platí, čím je hodnota variačního koeficientu vyšší, tím je vyšší variabilita souboru V med = n i = 1 / Q d n Q Q 182,5 182,5 / Tetřívčí potok, monitoring vodních stavů Foto: Matoušková

11 Hodnocení průměrných měsíčních průtoků (Qm a ) Profil Rakovník, průměrné měsíční průtoky ,00 0,90 0,80 0,70 Qma (m 3 /s) 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0, měsíc Zdroj dat: ČHMÚ

12 Hodnocení průměrných měsíčních průtoků (Qm a ) Podíl Qm na celkovém ročním odtoku Profil: Rakovník 8. 10% 7. 9% 6. 8% 9. 6% 5. 10% 10. 7% 11. 7% 12. 7% 1. 6% 4. 10% 2. 8% 3. 12% měsíc Q ma % ročního odtoku 11. 0,53 6, ,53 6, ,52 6, ,66 8, ,97 12, ,83 10, ,76 9, ,67 8, ,70 8, ,80 10, ,49 6, ,56 6,97 Qm p% = 100 Q m Podíl ročních období na celkovém odtoku Profil: Rakovník Podíl ročních období na odtoku: >80 % velmi nevyrovnaný 50-80% značně nevyrovnaný % mírně nevyrovnaný % vyrovnaný podzim 20% zima 21% léto 27% jaro 32% Zdroj dat: ČHMÚ

13 Hodnocení průměrných měsíčních průtoků (Q m ) Průměrné měsíční průtoky, profil Rakovník v letech 1997,1998,1999 0,80 0,70 0,60 0,50 Qm (m3/s) 0, ,30 0,20 0,10 0, měsíc Zdroj dat: ČHMÚ

14 Změny sezónnního rozložení odtoku 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% XI X IX VIII VII VI V IV III II I XII 10% 0% Rolava, profil: Chaloupky, , zdroj dat: ČHMÚ, Ledvinka 2008

15 Statistické míry variability Qm Koeficient Kr Kr = 0 ideálně vyrovnaný odtok Kr = 22 maximálně nevyrovnaný odtok Kr = ( pi 8, 3) 8, 3 pi... % podíl Qm Variační koeficient (Cv) -platí, čím je hodnota variačního koeficientu vyšší tím je vyšší variabilita souboru Cv = = Q a ( Q m Q a) n Q a 2... směrodatná odchylka Qa... dlouhodobý průměrný průtok Qm... průměrný měsíční průtok n... počet členů řady

16 Změny průměrných ročních průtoků v čase (Qr) Profil Rakovník, průměrné roční průtoky Qr (m 3 /s) ,80 1,60 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0, Q (m 3 /s) rok Qr Qa Klouzavý průměr/2 (Qr) Zdroj dat: ČHMÚ

17 Hodnocení vývoje Qr 1,4 1,2 1 y = 0,0105x + 0,5305 0,8 0,6 0,4 0, m 3 /s Qr Qa ( ) Lineární trend Qr ( ) Roky Rolava, profil: Chaloupky, , zdroj dat: ČHMÚ, Ledvinka 2008

18 Statistické míry variability Qr Procentuélní podíl (p) Qr p% = 100 Qa Qa... dlouhodový průměrný průtok Pravděpodobnost překročení (P) P % = m n + 0, 3 0, m... pořadí Qr uspořádaných sestupně n... počet členů řady Qr Slovní hodnocení pravděpodobnosti: 0-10 % mimořádně vodný rok MV % vodný rok V % průměrně vodný rok P % málo vodný rok S % mimořádně málo vodný rok MS N - doba opakování, tzv. N-letá voda N = 100 P%

19 Průměrné roční průtoky a jejich vodnost rok Qr (m3/s) p % vodnost rok Qr (m3/s) p % vodnost ,61 5,59 MV ,44 64,80 S ,40 8,88 MV ,54 45,07 P ,73 25,33 V ,65 31,91 V ,68 28,62 V ,53 48,36 P ,46 58,22 P ,41 74,67 S ,52 54,93 P ,37 81,25 S ,38 77,96 S ,30 91,12 MS ,59 38,49 V ,29 94,41 MS ,10 18,75 V ,27 97,70 MS ,27 15,46 V ,36 84,54 S ,35 12,17 V ,57 41,78 P ,62 2,30 MV ,52 51,64 P ,83 22,04 V ,45 61,51 S ,59 35,20 V ,34 87,83 S ,43 68,09 S ,41 71,38 S Vysvětlivky: MV - mimořádně vodný rok, V - vodný rok, P- průměrně vodný rok, S - málo vodný rok, MS - mimořádně málo vodný rok

20 Grafické hodnocení pravděpodobnosti překročení Qr Křivka pravděpodobnosti překročení Qr ,00 1,80 y = -0,427Ln(x) + 2,2197 R 2 = 0,943 1,60 1,40 1,20 Qr (m 3 /s) 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0, pravděpodobnost (%) Zdroj dat: ČHMÚ

21 Povodně (režim velkých vod) výrazné stoupnutí hladiny způsobené náhlým zvětšením průtoku nebo zmenšením průtočnosti koryta tvar povodně: pata povodňové vlny, kulminační průtok Qmax, ukončení povodně trvání povodně objem povodně rychlost průběhu povodně N - doba opakování (tzv. N-letá voda) N = 100 P%

22 Roční období - výskyt Qd>N1, profil Kolinec 9 8 Analýza výskytu extrémů četnost Četnost výskytu Qd>N1, profil 0 Kolinec 1 podzim zima jaro léto roční období 3 15, četnost 11,5 9,8 15,1 39,7 10, , ,8 12,2 12,2 13,8 20,6 15,9 9,79 datum podzim zima jaro léto Qd>=9,5 m3/s Zdroj dat: ČHMÚ

23 Analýza trendů odtokového režimu Povodí Otavy - lokalizace vybraných modelových povodí Klatovy Plánice Kocelovice Chanovice Čachrov Kolinec Sušice Nalžovské Hory Horažďovice Sedlice Katovice Katovice Strakonice Kestřany Vráž Temešvár Hartmanice Heřmaň Paseky Železná Ruda Strašín Němětice Kašperské hory Paračov Volyně Prášily Protivín Vacov Javorník Srní Boohumilice Zálezly Bavorov Antýgl Churáňov Chelčice Modrava Vimperk Filipova Huť Kvilda Hracholusky Podedvorský mlýn Husinec Frantoly Horní Vltavice Blanický Mlýn Lenora Mlynářov Lhenice 0 10 kilometers 20 Stážný Stožec Zbytiny Brloh

24 Jednoduché součtové čáry Jednoduché součtové čáry Qd pro modelová povodí, Modrava Blanický mlýn Kolinec Kliment, Matoušková 2008, zdroj dat: ČHMÚ

25 Podvojné součtové čáry Podvojné součtové čáry Qr, Hr pro modelová povodí ( ) Qr-souč. (%) Vydra (Modrava) Blanice (Blanický Mlýn) Ostružná (Kolinec) Hr-souč. (%) Kliment, Matoušková 2008, zdroj dat: ČHMÚ

26 Statistická analýza trendů Wilcoxonův jednovýběrový a dvouvýběrový test Mann-Kendalův test Interpretace trendů hydrometeorologických charakteristik na základě MK-S Tok-profil Ostružná-Kolinec Blanice-Blanický Mlýn Vydra-Modrava Opava-Krnov Opavice-Krnov Opava-Opava Rolava-Chaloupky Rolava-Stará Role Qm Hm Tm Stanice Klatovy Kašperské hory Churáňov Krnov Žáry Praděd Chaloupky Stará Role Kliment, Matoušková 2008, zdroj dat: ČHMÚ Vysvětlivky:červená barva- výrazný pokles, modrá barva výrazný nárůst, oranžová barva nárůst teplot, světle zelená barva pokles teplot

27 Zadání práce: Zhodnocení variability odtokového režimu pomocí základních grafických a statistických metod Zdroj dat: ČHMÚ, průměrné denní průtoky Qd (m 3 /s) Řešení zahrnuje: 1. jméno autora, studijní obor, ročník, datum zpracování 2. zadání 3. vybrané hodnocené hydrologické roky 1) Hodnocení variability odtoku pomocíčar překročení průměrných denních průtoků 1.graf čar překročení Q d pro 2 vybrané hydrologické roky 2.odečtení M-denních průtoků Q30, Q60, Q90, Q120, Q180, Q210, Q240, Q270, Q300, Q330, Q360 3.výpočet decilové odchylky 4.slovní zhodnocení variability odtoku z pohledu tvaru křivek překročení, M-denních průtoků a decilové odchylky 2) Hodnocení rozložení měsíčních průtoků (Q m ) v průběhu roku a zhodnocení rozkolísanosti průměrných měsíčních průtoků 1.tabulky jednotlivých Q m s výpočtem jejich procentuelního podílu P i 2.hydrogramy Q m 3.zhodnocení variability odtoku z pohledu Q m a jednotlivých ročních období 4.výpočty koeficientů Kr 5.výpočet variačních koeficientů Cm 6.zhodnocení variability odtoku z pohledu Q m na základě grafů a vypočtených hodnot 7.srovnávací analýza rozložení odtoku z pohledu Q m dvou vybraných hydrologických roků 3) Hodnocení odtokového režimu z pohledu Qr Hydrogram Qr za celé období sledování Výpočet pravděpodobnosti výskytu P Qr Zhodnocení vodnosti jednotlivých Qr na základě vypočtené pravděpodobnosti výskytu Forma odevzdání práce: -písemné, tj. vytištěné

28 Děkuji za pozornost