Postup plnění projektu TA04020042 Nové technologie batymetrie vodních toků a nádrží pro stanovení jejich zásobních kapacit a sledování množství a dynamiky sedimentů Odborná zpráva - TA04020042 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 2017 1
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
Obsah 1. Úvod... 4 2. Cíle v roce 2016... 6 3. Plnění projektu... 8 3.1 Dílčí cíl 1 - pokračující sběr dat... 8 3.2 Dílčí cíl 2 - analýza dat... 8 3.3 Dílčí cíl 3 - tvorba katalogu opatření... 9 3.4 Dílčí cíl 4 - tvorba modelů transportu sedimentů... 9 3.5 Dílčí cíl 5 - pokračující práce na tvorbě metodiky... 9 3.6 Dílčí cíl 6 - tvorba softwaru a jeho testování... 9 3.7 Dílčí cíl 7 - vývoj ověřené technologie... 9 3.8 Dílčí cíl 8 - příprava publikace Jneimp do časopisu AUC Geographica... 9 3.9 Dílčí cíl 9 - realizace služby na získání dat z duálního lidaru... 10 4. Požadavky na změny... 11 5. Cíle v roce 2017... 12 6. Výsledky... 13 7. Finanční část projektu... 16 8. Seznam příloh v Informačním systému TAČR... 17 3
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
uveřejnění získaných výsledků v odborných publikací (typ výsledku dle RIV J rec - recenzovaný článek - předpokládána publikace ve Vodním hospodářství 2014-5 / typ výsledku dle RIV J neimp - neimpaktovaný článek - předpokládána publikace v Moravian geographical reports - 2015 / typ výsledku dle RIV J neimp - neimpaktovaný článek - předpokládána publikace v AUC - Geographica - 2016 / typ výsledku dle RIV J rec - recenzovaný článek - předpokládána publikace ve Vodohospodářsko technickoekonomické informace - 2017). 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
2. Cíle v roce 2016. 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 TA04020042 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
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
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. 12. 3.2 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. 2. - Odborný posudek oponenta z oboru ke specializované mapě s odborným obsahem výsledek Nmap je přiložen v samostatné příloze č. 3. - Odborný posudek oponenta ze státní správy ke specializované mapě s odborným obsahem výsledek Nmap je přiložen v samostatné příloze č. 4. - Osvědčení o uznání specializované mapy s odborným obsahem výsledek Nmap je přiložen v samostatné příloze č. 5. 8
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. 7. 3.4 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. 9. 3.6 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: http://fzp.czu.cz/vyzkum/software.html. - manuál k vytvořenému softwaru je v samostatné příloze č. 6. 3.7 Dílčí cíl 7 - vývoj ověřené technologie V daném roce 2016 byly zahájeny práce na přípravě ověřené technologie, která je plánovaným výsledkem roku 2017. 3.8 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
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):29-39. ISSN: 0300-5402 Odborná publikace je v samostatné příloze č. 13. Plánovaný výsledek byl přesunut do posledního roku řešení, tj. na rok 2017. - Koncept příspěvku Estimation of River Bathymetry Using the Global Optimization Algorithms je v samostatné příloze č. 10. - Koncept příspěvku Evaluation of Riverbed Representation Methods for 1D Flood Hydraulics Model je v samostatné příloze č. 11. 3.9 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 25.4.2016. 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 550 000 bodů za vteřinu. Mračna bodů byla poté transformována do S-JTSK pomocí vlícovacích bodů. - plnění dílčího cíle je v příloze č. 12. 10
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
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
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: http://fzp.czu.cz/vyzkum/maps-kvhem.html Ke specializované mapě bylo na základě posudků, odborníků ze státní správy a daného oboru vydáno Zeměměřickým úřadem (Pod sídlištěm 9,182 11 Praha 8) dne 10.6.2016 osvědčení č. ZÚ-02296/2016-11001. příloha č. 2 Jména oponentů metodiky: Ing. Martin PAVEL Ředitel divize Úsek vodního hospodářství Hydrotechniky, ekologie a odpadového hospodářství mobil +420 725 336 974 martin.pavel@sweco.cz SwecoHydroprojekt a.s. - ústředí Praha Táborská 31, 140 16 Praha 4 www.sweco.cz www.eagri.cz příloha č. 3 Ing. Marie KURKOVÁ, Ph.D. Odbor vodohospodářské politiky a protipovodňových opatření mobil +420 605 513 963 kurkova.marie@mze.cz Ministerstvo zemědělství ČR Těšnov 65/17, Praha 1, 110 00 www.eagri.cz příloha č. 4 13
Certifikace: Specializované mapy s odborným obsahem schválil pro využití v praxi Zeměměřičský úřad, osvědčením č. ZÚ-02296/2016-11001 ze dne 10. 6. 2016. 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: http://fzp.czu.cz/vyzkum/software.html. 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 2017. Publikace 1: Estimation of River Bathymetry Using the Global Optimization Algorithms Časopis: Applied Mathematics and Computation 14
Publikace 2: Evaluation of Riverbed Representation Methods for 1D Flood Hydraulics Model Časopis: Journal of Flood Risk Management 15
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
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