Research, Development and Processing of Computerized Measuring System of Soils Moisture with EIS Metod E!3838- EUROENVIRON RDPCMSSMM Projekt č. E!3838 programu EUREKA Realizace výzkum, vývoj a výroba automatizovaného systému sledování změn vlhkosti zemin metodou EIS Závěrečná oponovaná zpráva za rok 2009 Brno, leden 2010
GEOtest Brno, a.s. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, LVV ÚVST 3
Název REALIZACE - VÝZKUM - VÝVOJ A VÝROBA AUTOMATIZOVANÉHO SYSTÉMU SLEDOVÁNÍ ZMĚN VLHKOSTI ZEMIN METODOU EIS Editor Ing. Jana Pařílková, CSc., RNDr. Lubomír Procházka Rok vydání 2009 Vydání první GEOtest Brno, a.s., Šmahova 112, 659 01 Brno Tel.: + 420 548 125 204, Fax: +420 545 217 979 e-mail: pavlik@geotest.cz Laboratoř vodohospodářského výzkumu Ústavu vodních staveb FAST VUT v Brně, Veveří 95, 602 00 Brno, Česká republika Tel.: +420 54114 7284, Fax: +420 54114 7288 e-mail: parilkova.j@fce.vutbr.cz 2009 Jana Pařílková Publikace neprošla redakční ani jazykovou úpravou, její části nemohou být žádným způsobem reprodukovány bez písemného svolení autorů. 4
OBSAH OBSAH... 5 1 ÚVOD... 7 1.1 ZÁKLADNÍ ÚDAJE O PROJEKTU... 11 Příjemce dotace... 11 Spolupříjemce dotace... 11 1.2 PROGRAM EUREKA... 11 1.2.1 Zaměření projektů programu EUREKA... 12 1.2.2 Kritéria programu EUREKA... 12 2 Projekt E!3838... 12 2.1 DÍLČÍ ČÁSTI PROJEKTU... 12 2.2 ROZHODUJÍCÍ REALIZAČNÍ VÝSTUPY PROJEKTU E!3838... 13 2.3 STUPNĚ INOVACE... 13 2.4 ROZPOČET PROJEKTU E!3838... 14 2.5 VĚCNÝ POPIS PROJEKTU... 14 3 Projekt OE240 v roce 2009... 15 3.1 PŘEDPOKLÁDANÉ CÍLE A VÝSLEDKY PROJEKTU V ROCE 2009... 15 3.1.1 Předpokládané projektované práce a jejich časový harmonogram... 15 3.1.2 Předpokládané dílčí výstupy řešení... 16 3.2 CELKOVÉ SHRNUTÍ VÝSLEDKŮ DOSAŽENÝCH V ROCE 2009... 17 3.3 UZNANÉ NÁKLADY PROJEKTU ČESKÉHO KOORDINÁTORA... 17 3.4 KOMENTÁŘ K JEDNOTLIVÝM POLOŽKÁM ROZPOČTU PROJEKTU KOORDINÁTORA... 18 3.5 ROZPOČET PROJEKTU OE240 PRO ROK 2009... 19 3.5.1 Podrobná tabulka čerpání... 21 3.5.2 Komentář k jednotlivým položkám rozpočtu... 22 3.6 SOUHRNNÉ KONSTATOVÁNÍ... 28 3.7 SLOŽENÍ ŘEŠITELSKÉHO KOLEKTIVU V ROCE 2009... 31 3.7.1 Pracoviště řešitele projektu... 31 3.7.2 Pracoviště spoluřešitele projektu... 32 3.7.3 Externí spolupráce... 32 3.8 PLÁN ŘEŠENÍ PROJEKTU OE240 V ROCE 2009... 34 4 Řešení projektu OE240 v roce 2009 včetně komparace s obdobnými řešeními v České republice a v zahraničí... 35 4.1 STRUČNÝ PŘEHLED VHODNÝCH MONITOROVACÍCH METOD... 38 4.2 ELEKTRICKÁ IMPEDANČNÍ SPEKTROMETRIE, PŘÍSTROJ Z-METR XY... 51 5 Věcné plnění a shrnutí dosažených poznatků... 53 5.1 LABORATORNÍ MĚŘENÍ... 53 5.1.1 Ověření možností metody EIS při monitorování vývoje dna toku při obtékání mostních pilířů... 53 5.1.2 Bezpečnostní přeliv poldru Žichlínek a měření průsakových křivek na fyzikálním modelu... 64 5.1.3 EIS jako nástroj pro měření vlastností proudění na stupňovitých skluzech... 80 5.2 MĚŘENÍ NA REÁLNÝCH OBJEKTECH... 84 5.2.1 Malé vodní nádrže v systému protipovodňové ochrany... 85 5.2.2 Monitorování zemní hráze vodní nádrže Kobeřice... 87 5.2.3 Měření na rybniční hrázi v blízkosti obce Jevíčko... 98 5.2.4 Břehová eroze vodních nádrží... 103 5
5.2.5 Sledování změn vlhkosti v obezdívkách zavodněných tunelů... 106 5.2.6 Zjišťování závislosti smykové pevnosti písků na jejich vlhkosti... 108 5.2.7 Sledování obsahu vody v tělesech sesuvů... 117 5.2.8 Prezentační a marketingové měření s trvalou reklamou projektu v areálu GEOtest Brno, a.s.. 129 5.2.9 Monitorování lokality Senné, SK a kalibrace přístroje Z-metr pro měření objemové vlhkosti půdy... 130 5.2.10 Monitoring vlhkosti podloží travních podloží v areálu golfového hřiště ve Svratce... 144 Všeobecné poměry lokality... 145 Provedené průzkumné práce a jejich výsledky... 145 Návrh a osazení sond EIS... 147 Měření vlhkostí a jeho výsledky... 151 Naměřené hodnoty a jejich geotechnická interpretace... 153 Práce plánované při řešení návazného výzkumného úkolu v roce 2010... 156 5.3 ZHODNOCENÍ MĚŘENÍ NA REÁLNÝCH OBJEKTECH... 157 6 Přístrojová technika realizovaná v r. 2009... 159 6.1 KONCEPCE ŘEŠENÍ PŘÍSTROJE Z-METR... 159 6.2 OBSLUŽNÝ PROGRAM PRO OVLÁDÁNÍ MĚŘICÍHO PŘÍSTROJE Z-SCAN V3.0... 159 7 Realizace, výstupy a přidané hodnoty projektu OE240... 168 7.1 PRÁCE PUBLIKOVANÉ V SOUVISLOSTI S ŘEŠENÝM PROJEKTEM V ROCE 2009... 168 7.1.1 Publikované příspěvky tuzemské a posterové prezentace v roce 2009... 168 7.1.2 Publikované příspěvky zahraniční (Slovensko, Makedonie, Portugalsko)... 169 7.1.3 Přijaté, dosud nepublikované příspěvky do časopisu bez IF... 169 7.1.4 Knihy, sborníky... 169 7.1.5 Nepublikované přednášky... 169 7.1.6 Prezentování výsledků projektu na setkáních se zástupci zahraničních universit a pracovišť... 170 7.1.7 Prezentování výsledků projektu ve výuce studentů bakalářského, magisterského, doktorského a distančního studijního programu... 171 7.1.8 Akce a výstupy v roce 2009 v souvislosti s řešením projektu... 172 8 Literatura... 177 9 Seznam obrázků... 180 10 Seznam tabulek... 183 11 Seznam příloh... 183 12 Souhrnný výsledek projektu OE240... 184 12.1 ZABEZPEČENÍ REALIZACE VÝSLEDKŮ, NAPLNĚNÍ MARKETINGOVÝCH PŘEDPOKLADŮ... 184 12.2 SEZNAM HLAVNÍCH PUBLIKOVANÝCH VÝSLEDKŮ... 185 12.3 SHRNUTÍ VÝSLEDKŮ ŘEŠENÍ PROJEKTU E!3838 OE240 ZA ŘEŠENÉ OBDOBÍ 1.1.2007 AŽ 31.12.2009186 6
12 Souhrnný výsledek projektu OE240 12.1 Zabezpečení realizace výsledků, naplnění marketingových předpokladů Pro porovnání současného stavu plnění Smlouvy o využití výsledků výzkumu a vývoje podle uzavřené smlouvy o poskytnutí dotace č.j. 1021/2007-32 ze dne 9.3.2007 (čl.13) na projekt programu EUREKA, uzavřené mezi poskytovatelem a příjemcem dotace dne 5.6.2009 v Příloze č. 1 Tabulky skutečně dosažených přínosů projektu ze dne 8.1.2010 se zohledněním výsledků publikovaných při 5.mezinárodní konferenci ve sborníku ISBN 978-80- 214-3969-6 str.17 Tab. Přehled uplatněných výsledků. Dokumentaci plánovaných a realizovaných inovačních stupňů poskytuje tabulka Schéma klasifikace řádů inovace. Plánované výsledky potvrzují reálnost inovativních postupů. PŘÍLOHA Č.1 TABULKA SKUTEČNĚ DOSAŽENÝCH PŘÍNOSŮ PROJEKTU Ev.č. OE240 EUREKA E!3838 2009 Rok ukončení STRUČNÝ NÁZEV PROJEKTU: Realizace výzkum, vývoj a výroba automatizovaného systému sledování změn vlhkosti zemin metodou EIS, OE240 Smlouva pod č.j.: 1021/2007-32 ze 09.03.2007. PŘÍJEMCE PODPORY (NOSITEL): GEOtest Brno, a.s., Šmahova 112, 659 01 Brno IČO: 46344942 HLAVNÍ REALIZÁTOR (VYPLNÍ PŘÍJEMCE): GEOtest Brno, a.s., Šmahova 112, 659 01 Brno IČO: 46344942 Souhrn skutečně dosažených přínosů u všech realizátorů. Pokud příjemce podpory ve výjimečných případech nezná přínosy u všech realizátorů, uvede na konci této tabulky název, IČO a e-mail realizátorů, jejichž přínosy nejsou v tabulce zahrnuty: PŘÍNOSY Z REALIZACE VÝSLEDKŮ PROJEKTU A ROK, V NĚMŽ BYLY DOSAŽENY: Rok: 2007 až 2009 TRŽBY ZISK EXPORT PŘÍRŮSTEK PRACOVNÍCH SIL (NÁRŮST V DANÉM V ROCE) (tis. Kč) (tis. Kč) (tis. Kč) (počet) PODÍL TRŽEB Z PROJEKTU NA CELKOVÝCH TRŽBÁCH (%) POČET FUNKČNÍCH VZORKŮ ZAŘÍZENÍ NEBO PŘÍSTROJŮ (ks) 5 POČET PROTOTYPŮ PŘÍSTROJŮ NEBO ZAŘÍZENÍ (ks) 5 POČET NOVÝCH TECHNOLOGIÍ, VÝROBKŮ, MATERIÁLŮ (ks) 2 POČET PŘIHLÁŠEK VYNÁLEZŮ A PRŮMYSLOVÝCH VZORŮ (ks) Připravuje se 1 POČET UDĚLENÝCH PATENTŮ A PRŮMYSLOVÝCH VZORŮ POČET LICENCÍ A KNOW-HOW NABÍDNUTÝCH K PRODEJI (ks) 3 POČET PRODANÝCH LICENCÍ A KNOW-HOW POČET ČLÁNKŮ V IMPAKTOVANÝCH ČASOPISECH, SBORNÍCÍCH MEZINÁR. 47 KONFERENCÍ, PUBLIKACÍCH VĚDECKÝCH ÚSTAVŮ (ks) POČET ODBORNÝCH KNIH V CIZÍM JAZYCE (ks) 5 POČET PREZENTACÍ NA MEZINÁR. VELETRZÍCH A VÝSTAVÁCH (ks) 16 POČET REALIZÁTORŮ, KTEŘÍ PŘEVZALI ŘEŠENÍ (ks) 5 POČET FIREM, KTERÉ KOUPILY LICENCI NA REALIZACI (ks) (ks) (ks) DALŠÍ PŘÍNOSY VÝSLEDKŮ PROJEKTU PRO OBOR, ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ, INFORMAČNÍ TECHNOLOGIE, APOD. (HESLOVITĚ): Sledování úrovně kalů v nádrži Rýzmburk ÚV Želivka. Sledování potřeby závlahy zemědělských ploch a hřišť, vydatnosti vodních zdrojů a infiltračních procesů (Basel, CH). Monitoring golfových hřišť (Svratka; Velké Ripňany, SK). Dlouhodobý vývoj průsaků hrázemi především rybničního typu (Kobeřice, Jevíčko). Monitoring deprese vodní hladiny v lokalitě Senné, SK. Využití při výuce studentů VH směru na FAST VUT v Brně ve všech formách vzdělávání. DALŠÍ REALIZÁTOŘI, JEJICHŽ PŘÍNOSY NEJSOU V SOUHRNNÉ TABULCE ZAHRNUTY: NÁZEV REALIZÁTORA: IČO: E-mail: FAST VUT v Brně 00216305 vesely.j@fce.vutbr.cz Klastr CREA Hydro&Energy, s.p.o., Traubova 6 reg. u MV ČR dne 14.7.2008 pod č.j. VS/1-1/72260/08-R 22729674 crea@creacz.com Přínosy projektu zpracoval: Jméno: Doc. Ing. Jaroslav Veselý, CSc., Funkce: člen týmu, Dne:8.1.2010. 184
PŘEHLED UPLATNĚNÝCH VÝSLEDKŮ DLE DATABÁZE RIV ZE DNE 21.10.2009 Hodnotící kriterium Audiovizuální tvorba Tab.1 Přehled uplatněných výsledků Článek v odborném periodiku Článek ve sborníku Uspořádání konference A J D M Počet výstupů 13 2 45 9 Hodnotící kriterium Uspořádání workshopu Autorizovaný software Poloprovoz, ověřená technologie Výzkumná zpráva W S Z V Počet výstupů 2 3 3 1 Pro řešení byly stanoveny, v průběhu řešení realizovány a tím dosaženy deklarované stupně inovace, promítnuté do jednotlivých řádů a oblastí dle níže uvedené tabulky. U přístroje Z-metr 2A s počtem monitorovacích míst 128 se inovace odvíjí od vlastní konstrukce se specifikací vlastností přenosové trasy signálu s jejím zkvalitněním a dopadem na další kritéria, tj. racionalizaci, inovace a zlomové oblasti až do stádia technologického převratu. v našem případě se jedná o kapacitu přístroje, geologické vlastnosti podloží, hmotnost zařízení, zdroje pro dálkový přenos dat, ochranu konektorů pro připojení snímače a další specifika metody. Předností je nedestruktivní způsob měření, což je pro monitoring hrází nebo objekty s důrazem na statiku konstrukce významný prvek. Užitné vlastnosti metody i jednotlivých měřicích prvků jsou v praxi pozitivně hodnoceny. 12.2 Seznam hlavních publikovaných výsledků Sborníky EUREKA 2007 ISBN 978-80-214-3500-1, EUREKA 2008 ISBN 978-80-214-3687-9, EUREKA 2009 ISBN 978-80-214-3969-6. Zprávy o řešení projektu Realizace výzkum, vývoj a výroba automatizovaného systému sledování změn vlhkosti zemin metodou EIS. Průběžná oponovaná zpráva za rok 2007. Realizace výzkum, vývoj a výroba automatizovaného systému sledování změn vlhkosti zemin metodou EIS. Průběžná oponovaná zpráva za rok 2008. Realizace výzkum, vývoj a výroba automatizovaného systému sledování změn vlhkosti zemin metodou EIS. Závěrečná oponovaná zpráva za rok 2009. Další publikace Pařílková, J., Stoklásek, R., Procházka, L., 2008. MANUAL Zscan 2A, Brno, p 26, eng. cz. Pařílková, J., Veselý, J., 2009. Laboratory of Water Management Research of the Department of Water Structures in Brno University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Czech Republic Short Trip to History and Today. ISBN 978-82-214-3889-7, Brno, p92, eng. 185
12.3 Shrnutí výsledků řešení projektu E!3838 OE240 za řešené období 1.1.2007 až 31.12.2009 Cíle projektu V rámci projektu byla rozvíjena pro potřeby vodohospodářské praxe, životního prostředí i výzkumné účely metoda EIS (elektrická impedanční spektrometrie) pro měření úrovně hladiny podzemní vody a změn probíhajících v zemině při jejím zatížení vodou a v dalších analogických úlohách (např. potřeb doplnění vláhového deficitu v území, potřeb infiltrační vody pro vodárenský odběr, sledování ukládání kalů v sedimentační nádrži z úpravy vody na pitné účely pro Prahu a okolí). Pro praktické účely bylo realizováno a sestaveno 5 měřicích aparatur s velkou kapacitou 128 měřicích míst a s možností dálkového přenosu dat. Široké použití bylo náročné na vývoj a adjustaci měřicích sond včetně varianty potravinářské v oblasti odběru vody pro pitné účely. Kapacita přístrojů Z-metrů 2A, jejich citlivost a finanční dostupnost přilákaly zájem zahraničních účastníků projektu, avšak někteří se potýkali se získáním potřebných vlastních zdrojů pro zapojení do řešitelského kolektivu projektu. Realizované aparatury a měřicí metody umožnily využití pro výzkumné a výukové účely, a to nejen na pracovišti spoluřešitele FAST VUT v Brně, ale také STU Bratislava, SK, TU Basel, CH a TU Bruggy -Ostende, B. Řešitelské pracoviště GEOtest Brno, a.s. má bohaté zkušenosti a kontakty v mezinárodní spolupráci, což se příznivě promítlo do řešení projektu. Účastníci Řešitelem a příjemcem dotace od poskytovatele MŠMT ČR byla společnost GEOtest Brno, a.s. a spoluřešitelem i spolupříjemcem dotace byla FAST VUT v Brně, kde byla metoda v rámci řešení projektů GA ČR vyvinuta, rozpracována a laboratorně částečně ověřena. Na rozšíření, aplikacích, matematické simulaci a laboratorním i terénním ověření se podíleli mezinárodní účastníci ze Švýcarska (koordinátorka Doc. Miracapillo), Slovenska i bez národní dotace (Ing. Mikita, Prof. Šoltész, Ing. Gomboš), Itálie (Dr. Caputo), Kypru (Ing. Polydorides) a ke konci projektu Belgie (Dr. Van de Walle). Na specifikování metody a výrobě se podíleli pracovníci z praxe, a to nejen v ČR srovnání měřicí metody s GEM II se podílelo Povodí Moravy, a.p., ale především BBL Basel, CH a také AV SR na lokalitě v Senném. Přínosem a oporou pro řešitelský kolektiv byl Prof. Purmenský ustanovený MŠMT ČR pro podporu projektu. Dosažené výsledky Bylo realizováno a odzkoušeno 5 přístrojů Zmetru 2A včetně dálkového přenosu dat při dosažení deklarovaných stupňů inovace, dále modifikovaná sada měřicích sond, uskutečněno měření na lokalitách v ČR, zahraničí, matematické modelování prostředí a ověřování funkčnosti v podmínkách reálného prostředí ve Švýcarsku, na Slovensku, na Kypru, v Belgii a v Itálii. Výsledky byly dále prezentovány v Austrálii, Řecku, Bosně, Makedonii, Polsku, Německu, Rakousku, Potrugalsku, Slovinsku a jinde. Udržitelnost projektu a ekonomická návratnost Prezentaci výsledků podpořilo zřízení marketingově-propagačního místa přímo na pracovišti řešitele projektu, frekventovaném potenciálními zákazníky. Do povědomí se dostává využíváním pro výukové a aplikační účely na vysokoškolských pracovištích v ČR, Slovensku, Švýcarsku a Belgii. Obchodní aktivity a iniciativa pracovníků řešitele i ostatních spoluředitelů je základním předpokladem pro následné marketingové využití a úspěšnou realizaci Smlouvy na využití výsledků a dosavadní výsledky, jak je zřejmé z RIV, a to v širokém spektru obchodně-vědeckých aktivit. Přínosem byla účast na MSV v Brně v září 2009 na stánku MŠMT ČR společně s dalšími 5-ti úspěšnými projekty programu EUREKA. 186
Pokračování projektu Projekt byl průběžně kriticky a náročně hodnocen oponenty z praxe a vysoce vědecky erudovanými pracovníky. Právě požadavky praxe si žádají vývoj a uplatnění méně kapacitních přístrojů Z-metrů z důvodu mobilnosti a marketingově širšího uplatnění, rozšiřujícího mezinárodní zájem o řešení projektu a jeho aplikační využití. Uvedené důvody vedly k vypracování a přijetí navazujícího mezinárodního projektu E!4981 na roky 2010 až 2012. Prezentace programu, projektu a výsledků Výsledky byly a jsou průběžně prezentovány, metoda obchodně nabízena na tuzemském i zahraničním trhu. O účinnosti propagace svědčí výsledky z hodnocení pomocí RIV, a to v širokém spektru hodnotících kritérií. Program projektu byl splněn na velmi dobré úrovni s pozitivní odezvou ze zahraničí, což plyne z kladných výsledků hodnocení. Je možno dokumentovat rostoucí zájem o účast na řešení projektu. Ekonomické zhodnocení vynaložených prostředků Náklady v celkové výši 1,02 mil. EURO, z toho 15,38 mil. CZK byly vynaloženy účelně, smluvně je doložena návratnost prostředků české části projektu, což má také pozitivní dopad na úspěšnou ekonomickou bilanci řešitelského pracoviště i podporu vědecko-výzkumných včetně výukových aktivit spoluředitele. Náklady byly použity hospodárně, zdůvodněně a v souladu s platnými předpisy. Na úspěšnosti projektu má zásluhu dobré vedení a všestranná pomoc ze strany poskytovatele, MŠMT ČR a ve většině zemí velice dobře fungující struktura programu EUREKA. RNDr. Lubomír Procházka statutární zástupce GEOtestu Brno, a.s. Prof. Ing. Jan Šulc, CSc. vedoucí ÚVST V Brně, 8.1.2009 Ing. Jiří Pavlík, CSc. řešitel projektu OE240 Ing. Jana Pařílková, CSc. spoluřešitelka projektu OE240 187
188