Quick Guide Po spuštění aplikace HBV EM 1.0 pro OS Windows se objeví okno se dvěma záložkami, Vstupy a Kalibrace a výsledky. V panelu Vstupy dochází k načítání vstupních dat. Model obsahuje příklady dat z povodí, kde dlouhodobě probíhá podrobný monitoring sněhové pokrývky.
1. Vstupní data Pro HBV EM 1.0 jsou nutná data definující: 1. Terén 2. Hydrometeorologické poměry 3. Sněhovou pokrývku Příklad všech vstupních dat z povodí, kde probíhá dlouhodobý monitoring sněhové pokrývky, je uložen ve složce “Examples_Data”.
1.1 Terén Terén je reprezentován sítí o libovolném rozlišení (viz obrázek 1), přičemž výpočet probíhá ve všech buňkách. Každá buňka je definována vždy jedním řádkem vstupního souboru, přičemž jednotlivé sloupce nesou postupně následující informace: nadmořská výška [m n. m.] orientace svahu [° od severu] sklon svahu [°] lesní pokryv [1 pro les, 0 pro bezlesí] lokální souřadnice X a Y (S-JTSK Krovak) [m] globální souřadnice X a Y [°] dlouhodobá průměrná rychlost větru [m/s] K přípravě dat je vhodné využít software GIS, jako ArcGIS či QGIS, kde je možné na buňky nahlížet jako na bodovou vrstvu s atributovou tabulkou.
Obrázek 1: Princip rozdělení terénu sítí.
Obrázek 2: Způsob uspořádání dat reprezentující terén. 1
1.2 Hydrometeorologické poměry Meteorologická a hydrologická data nesou informace o denních srážkových úhrnech, teplotě vzduchu a průtoku. Každý řádek představuje informace za jeden den a je strukturován následovně: den měsíc rok úhrn srážek [mm] termínované teploty vzduchu [°C] průtok [m3/s]
Obrázek 3: Způsob uspořádání meteorologických a hydrologických dat.
Podmínkou je, aby byl zadán alespoň jeden celý hydrologický rok. Data by měla tedy začínat vždy prvním listopadem. Lze načíst i delší časovou řadu, než se kterou se bude dále v modelu pracovat. Roky, pro které je požadována simulace, je možné na panelu Vstupy definovat.
1.3 Sněhová pokrývka Data o sněhové pokrývce jsou uspořádána opět v tabulce. První řádek obsahuje základní informace o daném stanovišti, tedy: číselný identifikátor stanoviště lokální souřadnice X a Y stanoviště nadmořskou výšku stanoviště lesní pokryv [1 pro les, 0 pro bezlesí] Na dalších řádcích jsou uvedeny informace o datu a odpovídající měřené výšce [cm] a vodní hodnotě [mm] sněhu. Protože se množství měřených dat z jednotlivých stanovišť i na jednotlivých povodích během zimní sezony liší, jsou prázdné údaje nahrazeny hodnotou 9999.
Obrázek 4: Způsob uspořádání dat o vývoji sněhové pokrývky.
2
2. Načtení dat Pokud jsou vstupní data připravena, lze je načíst do aplikace. K tomu slouží tlačítka na panelu Vstupy. Význam jednotlivých tlačítek je popsán na obrázku 5. V záložce Vstupy se pouze načítají připravená data a definuje se zde časové rozmezí pro simulaci. Vedle toho potřeba zadat nadmořskou výšku meteorologické stanice, ze které pocházejí meteorologická data. Časové rozmezí pro simulaci
Načti data o sněhu
Načti data o terénu
Potvrď časové rozmezí
Načti meteodata Nadmořská výška meteostanice
Obrázek 5: Význam jednotlivých tlačítek na záložce Vstupy aplikace HBV EM 1.0. Po úspěšném načtení dat terénu se vykreslí modelované území s barevnou škálou nadmořské výšky. Grafy vývoje jednotlivých hydrometeorologických parametrů se zobrazí až poté, co je nejprve vybrán soubor s meteorologickými daty pomocí tlačítka METEO a následně tlačítkem POTVRĎ definované časové rozpětí simulace. Po úspěšném načtení dat o sněhové pokrývce se zobrazí mapka s lokalizací, odkud naměřená data pocházejí, společně s grafickým vývojem měřené vodní hodnoty sněhu (SWE) a tabulkou s popisem stanovišť, kde k měření došlo. Panel s úspěšně načtenými daty je znázorněn na obrázku 6. V takovém případě je možné přejít do záložky Kalibrace a výsledky.
Obrázek 6: Panel Vstupy z kompletně načtenými vstupními daty. 3
3. Kalibrace a výsledky Na záložce Kalibrace a výsledky je možné nastavit hodnoty kalibračních parametrů modelu manuálně, nebo jejich horní a dolní meze pro automatickou kalibraci. Popis a význam jednotlivých sektorů panelu je uveden na obrázku 7. Automatická kalibrace bude hledat nejvhodnější kombinaci kalibračních parametrů v nastaveném rozmezí. Pomocí tlačítka Načti parametry lze načíst kalibrační hodnoty z dříve provedených kalibrací.
Dolní mez kalibračního parametru Načtení kalibrační sady parametrů
Horní mez kalibračního parametru Posuvník pro nastavení konkrétní hodnoty
Volba typu výpočtu
Nastavení rozšířených parametrů pro simulaci za užití rozšířené metody teplotního indexu Nastavení parametrů kalibrace Nastavení váhy kalibračního kritéria mezi odtokem z povodí a vodní hodnotou sněhu
Spusť výpočet
Hodnota kalibračního kritéria
Graf vývoje kalibračního kritéria
Obrázek 7: Význam jednotlivých objektů na záložce Kalibrace a výsledky aplikace HBV EM 1.0.
4
Pokud není k dispozici soubor s nakalibrovanými parametry, je možné model kalibrovat manuálně, tedy posuvníkem u každého parametru, nebo zvolit automatickou kalibraci. V případě, že nechceme provádět automatickou, časově náročnou, kalibraci, lze provést výpočet s aktuálními hodnotami kalibračních parametrů a zvolených metod. V takovém případě je nutné zamknout parametry kliknutím na ikonu zámku. Výpočet se spustí tlačítkem START. V případě automatické kalibrace je nutné symbol zámku kliknutím otevřít. Po kliknutí na tlačítko START se následně spustí automatická kalibrace. Ta může být pro větší území či vyšší hodnoty populací a generací časově velmi náročná. Průběh kalibrace je graficky znázorněn ve spodní části panelu. Optimalizační algoritmus, který automatickou kalibraci provádí, lze definovat v políčcích Populace a Generace. V políčku populace je nutné sudé číslo. Po úspěšném ukončení výpočtu se na panelu záložky Kalibrace a výsledky zobrazí grafy se simulovanými a měřenými hodnotami průtoku a vodní hodnoty sněhu (SWE). V tabulce jsou uvedeny hodnoty kalibračního kritéria pro jednotlivé časové řady SWE (viz obrázek 8).
Obrázek 8: Vzhled záložky Kalibrace a výsledky po ukončení výpočtu metodou Energetické bilance. Při prohlížení grafů je možné oblast grafu dle potřeby zvětšit či zmenšit. Zvětšení oblasti grafu lze provést stisknutím a držením levého tlačítka myši a posunem ukazatele na oblasti grafu zhruba směrem zleva doprava. Posun oblasti grafu je možné realizovat stisknutím a držením pravého tlačítka myši a posunem do požadovaného směru. Na původní velikost lze okno grafu vrátit stisknutím a držením levého tlačítka myši a posunem ukazatele na oblasti grafu směrem zprava doleva. Výsledky modelu, stejně jako získané hodnoty kalibračních parametrů, lze uložit do textového souboru stisknutím odpovídajících tlačítek. Data se uloží do složky Results v adresáři, ze které je aplikace HBV EM 1.0 spuštěna. Název uložených souborů je vytvořen automaticky. Dokument začínající na Q obsahuje data simulovaného a měřeného průtoku, S obsahuje vodní hodnotu sněhu, C obsahuje kalibrační parametry, které je možné do modelu opět načíst. 5
4. Detaily sněhové pokrývky V případě, že jako postup výpočtu vývoje sněhové pokrývky byla zvolena energetické bilance, objeví se v aplikaci další záložka s názvem Detaily sněhové pokrývky. Na ní je možné nahlížet na vývoj simulované či měřené výšky a hustoty sněhové pokrývky (viz obrázek 9), nebo data opět uložit do adresáře Results. V případě uložení začíná automatický název souboru na SnowPar a vedle zmíněných grafů obsahuje i simulovanou teplotu sněhu.
Obrázek 9: Záložka Detaily sněhové pokrývky.
6
