Nové technologie batymetrie vodních toků a nádrží pro stanovení jejich zásobních kapacit a sledování množství a dynamiky sedimentů

Transkript

1 Postup plnění projektu TA Nové technologie batymetrie vodních toků a nádrží pro stanovení jejich zásobních kapacit a sledování množství a dynamiky sedimentů Odborná zpráva - TA průběžná zpráva za rok 2016 Výzkumný ústav meliorací a ochrany půdy, v.v.i. Česká zemědělská univerzita v Praze AQUAMONITORING, s.r.o. GEOREAL, spol. s r.o. Leden

2 Nové technologie batymetrie vodních toků a nádrží pro stanovení jejich zásobních kapacit a sledování množství a dynamiky sedimentů Příjemce: Výzkumný ústav meliorací a ochrany půdy, v.v.i. Řešitel: RNDr. Pavel Novák, Ph.D. Program: TA - Podpora aplikovaného výzkumu a experimentálního vývoje ALFA Podprogram: 2 - Energetické zdroje a ochrana a tvorba životního prostředí Specifický cíl: C2_1 - Snížení dopadů antropogenních vlivů na životní prostředí Specifický cíl: C2_2 - Omezení negativních následků živelních pohrom a jejich předcházení 2

3 Obsah 1. Úvod Cíle v roce Plnění projektu Dílčí cíl 1 - pokračující sběr dat Dílčí cíl 2 - analýza dat Dílčí cíl 3 - tvorba katalogu opatření Dílčí cíl 4 - tvorba modelů transportu sedimentů Dílčí cíl 5 - pokračující práce na tvorbě metodiky Dílčí cíl 6 - tvorba softwaru a jeho testování Dílčí cíl 7 - vývoj ověřené technologie Dílčí cíl 8 - příprava publikace Jneimp do časopisu AUC Geographica Dílčí cíl 9 - realizace služby na získání dat z duálního lidaru Požadavky na změny Cíle v roce Výsledky Finanční část projektu Seznam příloh v Informačním systému TAČR

4 1. Úvod Cílem předkládaného projektu je v rámci 3,5 letého výzkumu: - zodpovědět základní otázky v oblasti batymetrie vodních toků a nádrží, tj. jaké technologie na měření aplikovat, jak pracovat se získanými daty, jak tato data aplikovat v praxi, - získat poznatky v oblasti sledování jednak samotného množství sedimentů, tak jejich dynamiky, - navrhnout katalog opatření s popisem konkrétních návrhů (preventivního charakteru), které budou omezovat samotný vznik sedimentů a jejich transport do vodního toku či vodní nádrže, - ověřit vhodnost současného softwarového vybavení - modelových přístupů na transport sedimentů a zanášení vodních toků a nádrží, - verifikovat výstupy daných modelů s naměřenými daty v terénu. Záměrem projektu, kterého chce autorský kolektiv dosáhnout, je tak dosažení nových technologií (typ výsledku dle RIV Z - ověřená technologie) pro získání relevantních výsledků o batymetrii vodních toků a nádrží, metodického návodu řešící způsob a zpracování získaných batymetrických dat (typ výsledku dle RIV N - certifikovaná metodika), příprava softwarového nástroje na získání korektního digitálního modelu v oblasti koryta vodních toků/vodních nádrží pro přípravu hydraulických modelů, příprava mapových podkladů pro správu povodí (vodních toků a vodních nádrží) o morfologii terénu pod vodní hladinou (typ výsledku dle RIV N - mapa s odborným obsahem), příprava mapových podkladů pro správu povodí (vodních toků a vodních nádrží) o množství sedimentů ve vodních útvarech - vodní toky a vodní nádrže (typ výsledku dle RIV N - mapa s odborným obsahem). V průběhu řešení projektu je rovněž předpokládáno otevření odborné i laické diskuse nad získanými dílčími poznatky, která bude probíhat především formou 4

5 uveřejnění získaných výsledků v odborných publikací (typ výsledku dle RIV J rec - recenzovaný článek - předpokládána publikace ve Vodním hospodářství / typ výsledku dle RIV J neimp - neimpaktovaný článek - předpokládána publikace v Moravian geographical reports / typ výsledku dle RIV J neimp - neimpaktovaný článek - předpokládána publikace v AUC - Geographica / typ výsledku dle RIV J rec - recenzovaný článek - předpokládána publikace ve Vodohospodářsko technickoekonomické informace ). Plnění dílčích cílů bylo v průběhu roku řešení diskutováno/kontrolováno v rámci dílčích porad, jejichž zápisy jsou přílohou odborné zprávy o řešení projektu za rok 2016 v příloze č. 1. 5

6 2. Cíle v roce Hlavní náplní roku 2016 v souladu se specifikací v návrhu projektu byla především činnost syntetického charakteru, tj. propojení dílčích poznatků do podoby hlavních plánovaných výstupů. Dílčí stanovené cíle řešení projektu TA pro rok 2016 spočívaly ve: Dílčí cíl 1 - pokračující sběr dat - předpokládá i nadále aplikace leteckého měřičského skenování (LMS) - geodetické měření - terénní měření referenčního bodového pole - využití přístrojového vybavení - RiverSurveyor - SonTek S5 x M9, EcoMapper, atd. (data pro hodnocení dynamiky sedimentů - navazující měření z druhého roku řešení) Dílčí cíl 2 - analýza dat - zpracování naměřených dat - vyhodnocení získaných dat - stanovení množství sedimentů/jejich dynamiky Dílčí cíl 3 - tvorba katalogu opatření - je předpokládána příprava katalogu opatření (důraz bude kladen na jednoduchá opatření/ekonomická a přesto efektivní opatření - zamezující transportu sedimentů do vodních toků a nádrží Dílčí cíl 4 tvorba modelů transportu sedimentů - ověření navržených opatření - i v daném roce řešení bude využito sofistikovaných softwarových produktů pro modelování transportu sedimentů a jejich dynamiky ve vodním toku/nádrži, přičemž 6

7 v daném roce bude především ověřována účinnost jednotlivých opatření dle zpracovaného katalogu Dílčí cíl 5 - pokračující práce na tvorbě metodiky - postupně budou naplňovány navazující kapitoly metodiky (sběr dat, jejich zpracování, vyhodnocení) Dílčí cíl 6 - tvorba softwaru a jeho testování - v daném roce řešení je předpokládán vývoj softwarového produktu pro přípravu geometrických dat pro potřeby hydrodynamických modelů, který bude vycházet ze syntézy dat LLS (LMS-fotogramterie) a dat z batymetrických měření respektive z měřeních pod vodní hladinou. Dílčí cíl 7 - vývoj ověřené technologie - budou zahájeny práce na přípravě ověřené technologie Dílčí cíl 8 - příprava publikace Jneimp do časopisu AUC - Geographica Dílčí cíl 9 - realizace služby na získání dat z duálního lidaru - pro dosažení stanovených cílů bude zajištěn sběr dat leteckým laserovým skenováním, které bude založené na sběru dat pomocí duálního lidaru. Následně se předpokládá navazující zpracování a analýza dat. 7

8 3. Plnění projektu 3.1 Dílčí cíl 1 - pokračující sběr dat V průběhu roku probíhala i nadále aplikace leteckého měřičského skenování (LMS), topo-batymetrické letecké skenování, geodetické měření - terénní měření referenčního bodového pole a rovněž bylo využito sofistikovaného přístrojového vybavení (RiverSurveyor - SonTek S5 x M9, EcoMapper). - naplnění dílčího cíle 1 je přiloženo v samostatné příloze č. 8 / příloze č Dílčí cíl 2 - analýza dat V roce 2016 byla povedena měření na vodních tocích a nádržích přístrojem RiverSurveyor M9 v provedení RTK-GPS. Při měření byla měřící sonda instalována na plováku HydroBoard I. Pro nastavení přístroje, provádění měření a export dat byl použit SW RiverSurveyor Live od firmy Sontek. Při rychlostech člunu s elektrickým motorem vmax - 1,5 m.s -1 se prokázalo a potvrdilo, že plovák Hydroboard I lze používat. Při vyšších rychlostech docházelo již k nadzvednutí přídě plováku a plovák s měřící sondou začal být na hladině nestabilní, čímž byly zapříčiněny výpadky měření, kdy sonda nebyla v kontaktu s vodou. - bližší plnění dílčího cíle 2 je přiloženo v samostatné příloze č. 8 / příloze č. 12. V daném roce řešení byla zpracována naměřená data a prezentována ve formě specializované mapy. - Specializované mapy s odborným obsahem výsledek Nmap jsou přiloženy v samostatné příloze č Odborný posudek oponenta z oboru ke specializované mapě s odborným obsahem výsledek Nmap je přiložen v samostatné příloze č Odborný posudek oponenta ze státní správy ke specializované mapě s odborným obsahem výsledek Nmap je přiložen v samostatné příloze č Osvědčení o uznání specializované mapy s odborným obsahem výsledek Nmap je přiložen v samostatné příloze č. 5. 8

9 3.3 Dílčí cíl 3 - tvorba katalogu opatření V průběhu roku 2016 byl přípraven katalog opatření, v rámci kterého byl kladen důraz na jednoduchá/ekonomická a přesto efektivní opatření - zamezující transportu sedimentů do vodních toků a nádrží. - naplnění dílčího cíle 3 je přiloženo v samostatné příloze č Dílčí cíl 4 - tvorba modelů transportu sedimentů Pro potřeby ověření navržených opatření dle zpracovaného katalogu byly sestaveny modely transportu sedimentů. Pro dané potřeby bylo využito sofistikovaných softwarových produktů pro modelování transportu sedimentů a jejich dynamiky ve vodním toku/nádrži, přičemž byla ověřována především účinnost jednotlivých opatření dle zpracovaného katalogu. 3.5 Dílčí cíl 5 - pokračující práce na tvorbě metodiky V průběhu roku 2016 v souladu se získanými poznatky byly postupně naplňovány jednotlivé kapitoly metodiky (sběr dat, jejich zpracování, vyhodnocení). - naplnění dílčího cíle 5 je přiloženo v samostatné příloze č Dílčí cíl 6 - tvorba softwaru a jeho testování V daném roce 2016 řešení byl dokončen a otestován nástroj BathySol_ToolBox (Bathymetric-SolverToolBox) pro přípravu geometrických dat na podkladě syntézy dat hydrologického měření s daty leteckého laserového skenování (LLS). Nástroj včetně manuálu je volně ke stažení na: - manuál k vytvořenému softwaru je v samostatné příloze č Dílčí cíl 7 - vývoj ověřené technologie V daném roce 2016 byly zahájeny práce na přípravě ověřené technologie, která je plánovaným výsledkem roku Dílčí cíl 8 - příprava publikace Jneimp do časopisu AUC Geographica V průběhu roku 2016 byly dílčí výsledky publikovány formou odborné neimpaktované publikace v časopisu AUC Geographica: 9

10 ROUB R., KURKOVÁ M., HEJDUK T., NOVÁK P., BUREŠ L. (2016): Comparing a hydrodynamic model from fifth generation DTM data and a model from data modified by means of Croslover Tool. AUC Geographica 51(1): ISSN: Odborná publikace je v samostatné příloze č. 13. Plánovaný výsledek byl přesunut do posledního roku řešení, tj. na rok Koncept příspěvku Estimation of River Bathymetry Using the Global Optimization Algorithms je v samostatné příloze č Koncept příspěvku Evaluation of Riverbed Representation Methods for 1D Flood Hydraulics Model je v samostatné příloze č Dílčí cíl 9 - realizace služby na získání dat z duálního lidaru Pro dosažení stanovených cílů byl zajištěn sběr dat leteckým laserovým skenováním, které bylo založeno na sběru dat pomocí duálního lidaru (topo-batymetrické letecké skenování). Dílčí aktivita byla přeložena z roku 2015, kdy byly podmínky neumožňující realizaci dané aktivity. Letecké skenování bylo provedeno Použit byl letecký skener značky Riegl LMS VQ880G. Tento přístroj je vybaven zeleným laserovým paprskem schopným měřit i pod vodní hladinou (v závislosti na kvalitě a znečištění vody a dna měřených vodních ploch). Laserový přistroj vysílá paprsek a podle doby, za kterou se v paprsek vrátí zpět a analýzy dopadového signálu určí lokální XYZ souřadnice zaměřovaného bodu. Naskenované body v lokálním systému jsou poté přepočteny pomocí IMU jednotky GNSS souřadnic a spojovány do zaměřeného mračna bodů. Přístroj Riegl VQ880g dokáže skenovat rychlostí až bodů za vteřinu. Mračna bodů byla poté transformována do S-JTSK pomocí vlícovacích bodů. - plnění dílčího cíle je v příloze č

11 4. Požadavky na změny Změny řešitelského týmu za sledované období, tj. za rok 2016 nebyly uskutečněny, s čímž korespondují údaje uvedené v Informačním systému Technologické agentury České republiky v části změnové řízení s uvedením změn členů řešitelského týmu. Požadavky na změnu řešitelského týmu pro rok 2017 nejsou u příjemce ani u dalších účastníků projektu Nové technologie batymetrie vodních toků a nádrží pro stanovení jejich zásobních kapacit a sledování množství a dynamiky sedimentů plánovány. 11

12 5. Cíle v roce 2017 Ve čtvrtém roce řešení jsou předpokládány dílčí činnosti (vyhodnocení): - verifikační sběr dat - pro hodnocení dynamiky sedimentů budou i v 1/2 roku pokračovat měřičské práce (LMS, geodetické, batymetrické přístroje) - zpracování dat - zpracování a vyhodnocení naměřených dat pro stanovení množství sedimentů/jejich dynamiky - tvorba katalogu opatření - je předpokládána finalizace katalogu opatření, který bude popisovat i efektivnost jednotlivých opatření s ohledem na získané výsledky z modelů transportu sedimentů - tvorba modelů transportu sedimentů - stanovení efektivnosti navržených opatření - i v daném roce řešení bude využito sofistikovaných softwarových produktů pro modelování transportu sedimentů a jejich dynamiky ve vodním toku/nádrži, v daném roce bude vyhodnocována efektivnost opatření pro variantní podmínky (sklonitost dílčího povodí, délky svahu, parametry navržených opatření) - finalizace certifikované metodiky - v daném roce je předpokládána kompletace certifikované metodiky, kdy budou naplněny zbylé kapitoly metodiky - dokončení ověřené technologie (+ její ověření) - bude dokončena ověřené technologie, která bude v posledním roce ověřena na modelovém území (v působnosti Povodí Vltavy) 12

13 6. Výsledky Nmap V daném roce řešení byla zpracována naměřená data a prezentována ve formě specializované mapy: Specializovaná mapa s odborným obsahem vyjadřující batymetrii vodní nádrže (pilotní území VN Němčice) za pomoci echosounderu River Surveyor M9. Soubor map je volně ke stažení na: Ke specializované mapě bylo na základě posudků, odborníků ze státní správy a daného oboru vydáno Zeměměřickým úřadem (Pod sídlištěm 9, Praha 8) dne osvědčení č. ZÚ-02296/ příloha č. 2 Jména oponentů metodiky: Ing. Martin PAVEL Ředitel divize Úsek vodního hospodářství Hydrotechniky, ekologie a odpadového hospodářství mobil martin.pavel@sweco.cz SwecoHydroprojekt a.s. - ústředí Praha Táborská 31, Praha příloha č. 3 Ing. Marie KURKOVÁ, Ph.D. Odbor vodohospodářské politiky a protipovodňových opatření mobil kurkova.marie@mze.cz Ministerstvo zemědělství ČR Těšnov 65/17, Praha 1, příloha č. 4 13

14 Certifikace: Specializované mapy s odborným obsahem schválil pro využití v praxi Zeměměřičský úřad, osvědčením č. ZÚ-02296/ ze dne příloha č. 5 R software V daném roce řešení byl dokončen a otestován nástroj BathySol_ToolBox (Bathymetric-SolverToolBox) pro přípravu geometrických dat na podkladě syntézy dat hydrologického měření s daty leteckého laserového skenování (LLS) a byl vytvořen jako nástroj ArcToolBox pro ArcGIS pomocí programovacího jazyku Python. Nástroj umožňuje preprocessing dat na základě vložených příčných profilů. Výstupem je soubor ve formátu shapefile (*.shp) obsahující bodovou síť na základě které je možné vytvořit batymetrický model koryta říčního toku nebo vodní nádrže. Po přidání prostorových topografických dat z LLS je možné vytvořit kompletní topografický model reprezentující říční koryto i široké okolí. Takto vytvořený topografický model pak lze použít pro účely hydrodynamického modelování. Pro využívání nástroje postačuje mít nainstalován ArcGISDesktop verze 10 a vyšší. Nástroj včetně manuálu je volně ke stažení na: příloha č. 6 Jneimp Plánovaný výsledek byl přesunut do posledního roku řešení. Byly odeslány dvě publikace, které jsou v současné době v recenzním řízení s předpokladem vydání v roce Publikace 1: Estimation of River Bathymetry Using the Global Optimization Algorithms Časopis: Applied Mathematics and Computation 14

15 Publikace 2: Evaluation of Riverbed Representation Methods for 1D Flood Hydraulics Model Časopis: Journal of Flood Risk Management 15

16 7. Finanční část projektu Zhodnocení projektu z finančního hlediska bylo doloženo prostřednictvím Informačního systému Technologické agentury České republiky a dále je zpracováno v dílčích zprávách za jednotlivé účastníky projektu v části doložení účetní evidence. Pro zajištění řádného čerpání finančních prostředků a plnění dílčích cílů projektu byly v průběhu roku řešení organizovány tzv. kontrolní dny, na kterých byly prováděny dílčí kontroly jak finančního čerpání, tak věcného plnění projektu. 16

17 8. Seznam příloh v Informačním systému TAČR Příloha 01 Porady_2016 Příloha 02 Nmap - specializované mapy Příloha 03 Posudek z oboru Martin Pavel - mapy 2016 Příloha 04 Posudek ze statní správy Marie Kurková - mapy 2016 Příloha 05 Osvědčení mapy Příloha 06 Manuál_bathysol Příloha 07 Katalog opatření Příloha 08 Sběr a analýza dat v roce 2016 Příloha 09 Koncept metodiky Příloha 10 Koncept odborného článku - Estimation of River Bathymetry Using the Global Optimization Příloha 11 Koncept odborného článku - Evaluation of Riverbed Representation Methods for 1D Flood Hydraulics Model Příloha 12 Sběr a analýza dat_topo-batymetrické měření Příloha 13 AUCG_odborný článek 17