NÁVRH SYSTÉMU MONITORINGU A HODNOCENÍ HYDROGICKÉHO SUCHA

Transkript

1 NÁVRH SYSTÉMU MONITORINGU A HODNOCENÍ HYDROGICKÉHO SUCHA Radek Vlnas, Vojtěch Havlíček, Pavel Treml, Ladislav Kašpárek Výzkumný ústav vodohospodářský T. G. Masaryka, v.v.i. Podbabská 30/ 2582, Praha info@vuv.cz, Pobočka Brno Mojmírovo náměstí 16, Brno-Královo Pole info_brno@vuv.cz, Pobočka Ostrava Macharova 5, Ostrava info_ostrava@vuv.cz

2 Indikátory sucha Jsou nástrojem k detekci, sledování a hodnocení epizod sucha Neexistuje univerzálně platný způsob stanovení sucha >> ani indikátor Niemayer (2008) nalezl v literatuře více než 80 takových indikátorů (meteo, hydro, agro, ) Nejčastěji reprezentují vztah mezi pozorovanými hodnotami sledované veličiny a jejich normálami Obvykle se nejedná přímo o samotnou fyzikální veličinu indikátor je bezrozměrný Může se jednat i o kombinaci více typů dat

3 Indikátory sucha Liší se především ve: způsobu jakým je odchylka od normálu stanovována v jakém časovém kroku je indikátor vyhodnocován jak dlouhé období indikátor charakterizuje (časový interval)

4 Indikátory - požadavky Účelem indikátorů je zprostředkovat popis a mapování případů sucha. Musí tedy umožnit stanovení hlavních charakteristik sucha: délku trvání (počátek, konec) velikost intenzitu četnosti výskytu plošný rozsah Indikátory by měly splňovat následující požadavky: být snadno srozumitelné být založené na snadno dostupných datech obsahovat fyzikální základ být citlivé na širokou škálu podmínek sucha být nezávislé na místě použití detekovat sucho s krátkým odstupem od jeho výskytu (xpdsi)

5 Používané indikátory (hydrol.) ADI c Aggregate Drought Index RDI h Reclamation Drought Index Am m De Martonne Aridity Index RDI h Reconnaissance Drought Index API m Antecedent Precipitation Index RSDI h Regional Streamflow Deficiency Index BFI g Base Flow Index SAI m Standardized Anomaly Index BMDI m Bhalme-Mooly Drought Index SDI m Sperling Drought Index CMI c Crop Moisture Index SDI h Streamflow Drought Index DECILES m-h-g Deciles spdsi c Selfcalibrated Palmer Drought Severity Index EDI m Effective Drought Index SPEI m-h Standardized Precipitation Evaporation Index GRI g Groundwater Resource Index SPI m Standardized Precipitation Index PHDI c Palmer Hydrological Drought Index SWI g Standardized Water Level Index PMDI c Palmer Modified Drought Index SWSI c Surface Water Supply Index Q90 g Low Flow Index h Threshold Level (nedostatkové objemy) %N m-h-g Percentage of Normal h WMO PAI m Palfai Aridity Index WD m Climatic Water Deficit PDSI c Palmer Drought Severity Index Z-Index c Palmer Moisture Anomaly Index RAI m Rainfall Anomaly Index Sucho meteorologické (m), hydrologické v povrchových (h) nebo podzemních (g) vodách či zda se jedná o indikátor komplexní (c)

6 U.S. Drought Monitor aktualizace 1x týdně Stupeň Sucho Index PDSI CPC Model půdní vlhkosti (kvantil) USGS Týdenní průtoky (kvantil) Index SPI Objective Short and Long-term Indicator Blends (kvantil) D0 Mírné 1 až až D1 Střední 2 až až D2 Závažné 3 až až D3 Extrémní 4 až až D4 Mimořádné < <

7 U.S. Seasonal Drought Outlook

8 Bavorsko SPI; počet dnů beze srážek Průtok Q75, Q 355, abs. minimum podzemní voda Q75, Q90

9 Standardized Precipitation Index (SPI) SPI Charakter p 2 Extrémně vlhký 2,3 % 1,5 až 1,99 Velmi vlhký 4,4 % 1 až 1,49 Mírně vlhký 9,2 % 0 až 0,99 Slabě vlhký 34,1 % 0 až 0,99 Slabě suchý 34,1 % 1 až 1,49 Mírně suchý 9,2 % 1,5 až 1,99 Silně suchý 4,4 % 2 Extrémně suchý 2,3 % relativně jednoduchý založen pouze na jedné pozorované veličině variabilní časové měřítko (1, 3, 6, 9, 12, 24, 48 měsíců) popis srážkového deficitu pro účely meteorologického, agronomického i hydrologického sucha standardizace frekvence extrémů v jakékoli lokalitě v libovolném časovém měřítku konzistentní (extrémní hodnoty se vyskytují se stejnou pravděpodobností) rozšíření ve světě (doporučení WMO)

10 Standardized Precipitation Index (SPI) Nevýhoda: časové měřítko (z hlediska monitoringu) >> kumulativní SPI >> DMPI (Drought Magnitude)

11 Odvozené indikátory SRÁŽKY SPI1 >> (DMP) >> DMPI ODTOK SRI >> (DMR) >> DMRI PRAMENY a VRTY SGI >> (DMG) >> DMGI Distribuční funkce Použití Gamma funkce u některých stanic silně podhodnocuje SPI Posuzovali jsme vhodnost Gamma rozdělení (G), Pearson III (P3), dvou a tříparametrické log-normální (LN, LN3), Gamma (LG) a Pearson III (LP3) na logaritmicky transformovaných datech, General Extreme Value (GEV) a General Logistic (GLO) Sezonalita byla korigována podílem dlouhodobé měsíční střední hodnoty Parametry distribučních funkcí byly hledány metodou L-momentů

12 Distribuční funkce Pro SPI (srážky) tak lze doporučit rozdělení LP3, P3 a LN3 Pro SRI (odtok) rozdělení GEV nebo LG Pro SGI (podzemní vody) GLO nebo GEV Pro všechny veličiny je pro kumulativní variantu indexu (DMPI, DMRI, DMGI) nejvhodnější rozdělení P3 a G SRI DMRI

13 SRI a DMRI

14 Vztahy mezi indikátory (GP) GP: obecná optimalizační metoda slouží k automatickému vyvíjení funkčních vztahů s využitím simulovaného evolučního procesu manipulaci nejen s hodnotami argumentů, ale i se samotnými funkcemi či soubory funkcí Povodí M-ALL: DMRI= 0148 SMA(SEP,a)+b^SEP 0180 CSUM(SEP/a,(DMPEI+b)) 0240 (SEP+a)/(DMPEI+b) 0250 CSUM(SEP/a,(SEP+b)) 0490 SMA(DMPEI,a)+SEP/b 0520 CSUM(SEP/a,CSUM(SEP,b)) 0590 SMA(DMPEI,a)+SEP/b 0665 SMA(DMPEI/a,b) 1900 SMA(SEP-DMPEI,SEP*a) 1901 SMA(a/SEP,b) 2175 CSUM(SEP/a,CSUM(SEP,b))

15 DMR v. Nedostatkové objemy

16 Struktura ovlivnění

17 Schema návrhu monitoringu sucha