Monitoring a terénní metody výzkumu v hydrologii

Monitoring a terénní metody výzkumu v hydrologii Michal Jeníček Univerzita Karlova v Praze, Přírodovědecká fakulta michal.jenicek@natur.cuni.cz, http://hydro.natur.cuni.cz/jenicek/ 2011

Obsah Obecný úvod, přírodní ohrožení a riziko Obecný úvod Obecný postup při výzkumu Monitoring klimatologických veličin Monitoring hydrologických veličin Monitoring a terénní metody Jednorázová terénní měření Prezentace je ve formátu pdfke stažení na http://hydro.natur.cuni.cz/jenicek/ v sekci výuka 2

Přírodní ohrožení září 2011 Zdroj: NASA Earth Observatory (http://earthobservatory.nasa.gov/naturalhazards/) 3

Povodeň, Indus, Pakistan 11. 8. 2010 Zdroj: NASA Earth Observatory (http://earthobservatory.nasa.gov/naturalhazards/) 4

Vulkán, Eyjafjallajökull, Island, 7. 5. 2010 Zdroj: NASA Earth Observatory (http://earthobservatory.nasa.gov/naturalhazards/) 5

Řecko, 26. 8. 2007 Zdroj: NASA Earth Observatory (http://earthobservatory.nasa. gov/naturalhazards/) Rusko, 2. 7. 2010 Zdroj: NASA Earth Observatory (http://earthobservatory.nasa.gov/naturalhazards/) 6

Hurikán Gustav 31. 8. 2008 Zdroj: NASA Earth Observatory, 2008 (http://earthobservatory.nasa.gov/natu ralhazards/) Hurikán Katrina 28. 8. 2005 Zdroj: NASA Earth Observatory, 2008 (http://earthobservatory.nasa.gov/naturalhazards/) 7

Egypt, 25. 9. 2008 Zdroj: NASA Earth Observatory (http://earthobservatory.nasa.gov/natural Hazards/) 8

Tornádo na Chrudimsku dne 25.6.2008 9

Geografická centra povodní (data 1985-2010) Zdroj: Darthmouth Flood Observatory (http://floodobservatory.colorado.edu/) 10

Riziko Riziko (Risk) pravděpodobnost vzniku škod způsobených ohrožením Riziko = f(ohrožení, Expozice, Zranitelnost) Ohrožení (Hazard) Expozice (Exposure) Zranitelnost (Vulnerability) 11

Přírodní ohrožení (Hazard) rychlé pohyby hmot (zemětřesení, svahové pochody) uvolnění hlubinné zemské energie (sopečná činnost, zemětřesení) zvýšení hladiny řek, jezer a moří (povodně, Tsunami) vyrovnávání rozdílů (teplotních) v atmosféře (orgány, tropické cyklóny) 12

Expozice (Exposure) 13

Zranitelnost (Vulnerability) 14

Zranitelnost (Vulnerability) 15

Obecné zásady a postup výzkumu základní výzkum aplikovaný výzkum Metody: vlastní disciplíně, přejaté z jiného oboru, nově vyvinuté často se používají stávající metody novým způsobem (použití nových technik, přístrojů) Kde hledat informace? odborné knihy, články v časopisech (využití databází WoS, SCOPUS, Science Direct), konference, workshopy 16

Obecné zásady a postup výzkumu definování problému definice cíle výzkumu (co chci zjistit) výběr metodiky (jak to chci zjistit) dosažení výsledků pomocí zvolených metod a jejich interpretace diskuze nad výsledky a použitými metodami, vyjádření míry nejistoty, stanovení silných a slabých stránek metod, srovnání s výsledky jiných výzkumů na podobné téma a diskuze nad nimi formulace závěrů a doporučení Metody vhodnost a správné použití principy, možné jiné informace Měřím to, co chci? Měřím s takovou přesností jakou potřebuji? Nutný je kritický přístup k metodám porozumění principům, znalost slabin, kombinace metod 17

Nástroje a metody hodnocení hydrologických jevů Monitoring a jednorázový terénní průzkum monitoring veličin monitoring srážko-odtokového režimu terénní průzkum geodetická měření, monitoring sněhu, mapování upravenosti atd. Metody a nástroje zpracování dat GIS a DPZ analýza prostorových a obrazových dat statistická analýza srážko-odtokové a hydrodynamické modelování 18

Monitoring s-o režimu monitoring meteorologických a klimatologických veličin úhrn srážek, teplota vzduchu, vlhkost vzduchu, radiace, směr a rychlost větru výpar výška sněhové pokrývky, vodní hodnota sněhu kvalita ovzduší... monitoring hydrologických veličin vodní stavy rychlost proudění teplota vody hydrochemická měření (ph, vodivost, kyslík, redox atd.) plaveniny... 19

Monitoring katedry fgg PřF UK v současné době 34 automatických hladinoměrů (ultrazvuková i tlaková čidla) a 5 meteo stanic (různá vybavenost), doplňková hydrochemická měření (ph, vodivost, redox atd.) měření v časové kroku 10 min, online přenos dat na server pomocí GSM nebo satelitní sítě Šumava (horní Vydra a Křemelná), Krušné hory (Bystřice, Mulde, Chomutovka), Blanice, horní Opava, horní Lužnice, Mladotický potok, Peru, Kyrgyzstán

člunkový srážkoměr anemometr (směr a rychlost větru) Snímač teploty a vlhkosti vzduchu pyranometr (globální radiace) 23

Monitoring SWE, výšky sněhu a odtoku ze sněhu váhové sněhoměry sněhoměrné polštáře 26

Monitoring SWE, výšky sněhu a odtoku ze sněhu 27

Monitoring SWE, výšky sněhu a odtoku ze sněhu 28

Monitoring vodních stavů manometrický (tlakový) hladinoměr měření hydrostatického tlaku otevřená koryta, vrty ultrazvukový hladinoměr měření rychlosti odezvy ultrazvukového paprsku otevřená koryta plovákový snímač hladiny magnetický způsob snímání natočení kladky vrty 29

Monitoring vodních stavů Tlaková čidla princip měření hydrostatického tlaku 30

Monitoring vodních stavů Ultrazvuková čidla princip měření doby odrazu UZ paprsku od vodní hladiny 31

Monitoring plavenin automatický odběrák plavenin automatický odběr vzorku vody při zadaných podmínkách (vysoký vodní stav, vysoký úhrn srážek, rychlý nárůst vodního stavu napojení na měření vodního stavu a klimatologickou stanici 32

Monitoring kvality vody ph, rozpuštěný kyslík, redox potenciál vodivost (obsah rozpuštěných látek), teplota vody čidla jsou napojena na dataloger nutná kalibrace další jednorázový odběr vzorků a jejich analýza v laboratoři 33

Monitoring hydrologických vlastností půdy snímač objemové půdní vlhkosti 34

Monitoring katedry fgg PřF UK http://hydrodata.natur.cuni.cz/

Jednorázový terénní průzkum měření průtoků, rychlostí proudění měření výšky sněhové pokrývky a vodní hodnoty sněhu odběry vzorků kvality vody (viz monitoring) odběry a analýza nerozpuštěných látek v toku - plavenin (viz monitoring) odběry půdních vzorků pro analýzu hydrologických vlastností půdy, in-situ testy (infiltrace atd.) limnologický výzkum geodetická měření pro hydrologii (příčné profily koryta a údolní nivy, suché poldry) mapování následků povodně, geomorfologických projevů povodně mapování upravenosti říční sítě, ekomorfologický monitoring mapování škod způsobených povodněmi... 36

Základní metody měření průtoku ve vodním toku Přímé měření průtoku objemová metoda, měrné přepady (přelivy), chemická (směšovací) metoda, Venturiho žlab Měření rychlosti hydrometrická vrtule, Flow Tracker, plováková metoda, měření systémem ADCP Hydrotechnický výpočet rychlosti Manningova rovnice, Chezyho rovnice Měření vodního stavu limnigraf, tlakové a ultrazvukové hladinoměry, konsumpční (měrná) křivka Více v rámci samostatné přenášky Hydrometrie. 37

Měření průtoků Více v rámci samostatné přenášky Hydrometrie. 38

Měření sněhu měření výšky sněhu měření vodní hodnoty sněhu (SWE) měření hustoty a teploty sněhových vrstev odběry vzorků na analýzu kvality vody 39

Měření sněhu 40

Limnologický výzkum Limnologie zkoumá stojaté vody umělého a přírodního původu Jezero přírodní sníženina zemského povrchu trvale nebo občasně vyplněná vodou V jezerech je obsaženo celkem 0,017 % vody z celkových zásob (sladká 130 tis. km 3-0,0093 %, slaná 105 tis. km 3 0,0075 %). V umělých nádržích 6 tis. km 3, což je asi 0,0004 % vody z celkových zásob na Zemi. 41

Limnologický výzkum měření hloubek (batymetrie) pomocí echolotu měření teplotní stratifikace měření fyzikálně-chemických parametrů barva, průhlednost, ph (ph-metr), vodivost (konduktometr), rozpuštěný kyslík (oxymetr), redox (redoxmetr), kvalita vody 42

Limnologický výzkum 43

Limnologický výzkum jezera ČR Nadmořská výška hladiny Plocha Maximální hloubka 1079 m 4,2 ha 17,2 m Objem 0,349 mil. m 3 44

Hydrologie - cvičení Obecně Postup při výzkumu Monitoring klima. veličin Monitoring hydro. veličin Terénní měření Limnologický výzkum jezera ČR Jezero Laka Nadmořská výška hladiny 1085 m Plocha 2,57 ha Maximální hloubka 3,7 m Objem 0,048 mil. m3 45

Limnologický výzkum jezera ČR Mladotické jezero - sedimentace Maximální hloubka 1972 7,7 m Maximální hloubka 2003 6,6 m Plocha 1972 5,93 ha Plocha 2003 4,55 ha Hloubka (m) 0-1 -2-3 -4-5 -6-7 -8 Podélné profily 1972 a 1999 Vzdálenost (m) 0 200 400 600 800 1000 1972 1999 46

Limnologický výzkum jezera ČR 47

Měření hydrologických vlastností půdy odběry půdních vzorků, měření infiltrace atd. 48

Polohová měření 49

Geodetická měření 50

Geodetická měření Měření totální stanicí Globální souřadný systém Lokální souřadný systém Stanoviště Orientace Stanoviště X=0, Y=0, Z=0 Libovolná orientace Databáze trigonometrických a zhušťovacích bodů GPS Zajišťovací bod Jiný bod 51

Geodetická měření Laserový sklonoměr a dálkoměr - LaserAce 56

Jiná měření 57

Použitá a související literatura Beven, K.J. (2001). Rainfall-Runoff Modelling, The Primer. Chichester: John Wiley & Sons, 360 s. Darthmouth FloodObservatory [online]. [cit. 2011-10-09]. <http://floodobservatory.colorado.edu/>. Křížek, M. (2010). Metody FG výzkumu II. Podklady k přednášce Metody ve fyzické geografii II, Praha: PřF UK. NASA Earth Observatory [online]. [cit. 2011-10-09]. http://earthobservatory.nasa.gov/naturalhazards/ Wainwright, J., Mulligan, M. (eds.) (2004): Environmental Modelling. John Wiley & Sons, Chichester, 408 s. 58