Monitoring a terénní metody výzkumu v hydrologii

Hydrologie - cvičení Terénní metody výzkumu v hydrologii

Monitoring a terénní metody výzkumu v hydrologii Michal Jeníček Univerzita Karlova v Praze, Přírodovědecká fakulta [email protected], http://hydro.natur.cuni.cz/jenicek/

2011

Hydrologie - cvičení Terénní metody výzkumu v hydrologii Obecně

Postup při výzkumu

Monitoring klima. veličin

Monitoring hydro. veličin

Terénní měření

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 pdf ke stažení na http://hydro.natur.cuni.cz/jenicek/ v sekci „výuka“

2





Terénní měření

Přírodní ohrožení – září 2011

Zdroj: NASA Earth Observatory (http://earthobservatory.nasa.gov/NaturalHazards/)

3





Terénní měření

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

4





Terénní měření

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

5





Terénní měření

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





Terénní měření

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





Terénní měření

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

8





Terénní měření

Tornádo na Chrudimsku dne 25.6.2008

9





Terénní měření

Geografická centra povodní (data 1985-2010)

Zdroj: Darthmouth Flood Observatory (http://floodobservatory.colorado.edu/)

10





Terénní měření

Riziko Riziko (Risk) – pravděpodobnost vzniku škod způsobených ohrožením

Riziko = f(Ohrožení, Expozice, Zranitelnost)

Ohrožení (Hazard) Expozice (Exposure) Zranitelnost (Vulnerability)

11





Terénní měření

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





Terénní měření

Expozice (Exposure)

13





Terénní měření

Zranitelnost (Vulnerability)

14





Terénní měření

Zranitelnost (Vulnerability)

15





Terénní měření

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





Terénní měření

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





Terénní měření

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





Terénní měření

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





Terénní měření

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





Terénní měření

21





Terénní měření

22





Terénní měření

člunkový srážkoměr

anemometr (směr a rychlost větru)

Snímač teploty a vlhkosti vzduchu

pyranometr (globální radiace)

23





Terénní měření

24





Terénní měření

25





Terénní měření

Monitoring SWE, výšky sněhu a odtoku ze sněhu •

váhové sněhoměry

•

sněhoměrné polštáře

26





Terénní měření

Monitoring SWE, výšky sněhu a odtoku ze sněhu

27





Terénní měření

Monitoring SWE, výšky sněhu a odtoku ze sněhu

28





Terénní měření

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





Terénní měření

Monitoring vodních stavů Tlaková čidla •

princip měření hydrostatického tlaku

30





Terénní měření

Monitoring vodních stavů Ultrazvuková čidla •

princip měření doby odrazu UZ paprsku od vodní hladiny

31





Terénní měření

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





Terénní měření

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





Terénní měření

Monitoring hydrologických vlastností půdy

snímač objemové půdní vlhkosti

34





Terénní měření

Monitoring katedry fgg PřF UK

http://hydrodata.natur.cuni.cz/





Terénní měření

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





Terénní měření

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





Terénní měření

Měření průtoků

Více v rámci samostatné přenášky „Hydrometrie“.

38





Terénní měření

Měření sněhu •

měření výšky sněhu

•

měření vodní hodnoty sněhu (SWE)

•

měření hustoty a teploty sněhových vrstev

•

odběry vzorků na analýzu kvality vody

39





Terénní měření

Měření sněhu

40





Terénní měření

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. km3 - 0,0093 %, slaná 105 tis. km3 – 0,0075 %). V umělých nádržích 6 tis. km3, což je asi 0,0004 % vody z celkových zásob na Zemi.

41





Terénní měření

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





Terénní měření

Limnologický výzkum

43





Terénní měření

Limnologický výzkum – jezera ČR Nadmořská výška hladiny

1079 m

Plocha

4,2 ha

Maximální hloubka

17,2 m

Objem

0,349 mil. m3

44





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





Terénní měření

Limnologický výzkum – jezera ČR Mladotické jezero - sedimentace 7,7 m

Maximální hloubka 2003

6,6 m

Plocha 1972

5,93 ha

Plocha 2003

4,55 ha

Podélné profily 1972 a 1999 0

200

Vzdálenost (m) 400 600

800

1000

0 -1 -2

Hloubka (m)

Maximální hloubka 1972

-3 -4 -5 -6

1972

-7

1999

-8

46





Terénní měření

Limnologický výzkum – jezera ČR

47





Terénní měření

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

48





Terénní měření

Polohová měření

49





Terénní měření

Geodetická měření

50





Terénní měření

Geodetická měření Měření totální stanicí

Globální souřadný systém

Stanoviště

Databáze trigonometrických a zhušťovacích bodů

Lokální souřadný systém

Stanoviště X=0, Y=0, Z=0

Orientace

GPS

Zajišťovací bod

Libovolná orientace

Jiný bod

51





Terénní měření


52





Terénní měření


53





Terénní měření


54





Terénní měření


55





Terénní měření

Geodetická měření Laserový sklonoměr a dálkoměr - LaserAce

56





Terénní měření

Jiná měření

57





Terénní měření

Použitá a související literatura • Beven, K.J. (2001). Rainfall-Runoff Modelling, The Primer. Chichester: John Wiley & Sons, 360 s. • Darthmouth Flood Observatory [online]. [cit. 2011-10-09]. . • 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

Monitoring a terénní metody výzkumu v hydrologii

Recommend Documents