Proudění v malých vodních tocích včetně vstupů plošného odtoku do hydrografické sítě

Představení tématu

Téma disertační práce je zaměřeno na hydraulico-hydroligcké propojení přímého rychlého odtoku z povodí s prouděním v malých vodních tocích při extrémních srážko-odtokových událostech. Cílem je kvantifikovat přestup vody do hydrografické sítě a jak ovlivňuje charakteristika vodního toku jeho transformaci ve vodních tocích. Téma kombinuje experimentální a terénní výzkum s více měřítkovým modelováním a GIS, pro ucelený rámec pro predikci vodního režimu s ohledem na zvládání povodňových situací, rizik spojených se změnou klimatu a dopady na biotu ve vodních tocích.

Práce bude navazovat na aktuálně řešené výzkumné úkoly pracoviště, využije jejich infrastrukturu, otevřená data i případové studie, a přispěje metodikami, které umožní lépe navrhovat opatření v ploše i v korytech malých vodních toků. U studenta se předpokládá aktivní znalost GIS, programování, znalosti a zkušenosti s hydraulicko-hydrologický modelováním.

Čím se bude práce zabývat

• Výzkumné otázky a hypotézy
  • Jaký je podíl a vstupů jednotlivých zdrojových oblastí plošného odtoku (svahy, polní cesty, odvodňovací systémy) na charakteristiky odtoku v malém VT?
  • Typologie malých vodních toků a jejich interpretace do modelů.
  • Nakolik lze zpřesnit podmínky hydraulických modelů (inflow) pomocí fyzikálně i empiricky založených srážko-odtokových modelů a dat DPZ?
  • Jaké jsou klíčové zdroje nejistot a jak je kvantifikovat v predikci extrémních průtoků?
• Terénní a experimentální část
  • Aktivní zapojení do obsluhy a rozvoje vybraných malých povodí srážkoměry, hladinoměry, trasovací testy.
  • Mapování napojení svahových drah na síť (UAV fotogrammetrie, mobilní LiDAR/TLS, průzkum propustků a mostních otvorů), charakterizace drsnosti.
• Datové zdroje a GIS/DPZ
  • Zpracováním dat DPZ s vysokým rozlišením DMR/DTM, ortofota, multispektrální snímky (NDVI, indexy pokryvnosti), historické stopy povodní.
  • Aplikace počítačových metod pro odvození odtokových drah z dat vysokého rozlišení, mapování překážek a parametrů ovlivňujících dráhy odtoku, klasifikace prvků ovlivňujících drsnost a retenci.
• Modelování a syntéza
  • Srážko-odtoková část: fyzikálně/empiricky založené modely (např. infiltrační schémata, CN/Green-Ampt, případně existující nástroje používané na pracovišti) pro generování časoprostorově rozlišených přítoků do sítě.
  • Hydraulická část: 1D/2D (případně lokálně 3D) modely proudění v drobných vodních tocích při extrémech; explicitní reprezentace překážek, přelivů, rozlivů do nivy a interakce s propustky.
  • Propojení modelů: konzistentní předávání okrajových podmínek (hyetogram → hydrogram → síť), společná kalibrace vůči měřením (průtoky/hladiny/časování kulminací), citlivostní analýzy a kvantifikace nejistot
  • Scénáře extrémů a změny klimatu s dopadem na management krajiny: konstrukce návrhových srážek, event-based i kontinuální simulace; testování účinku opatření v ploše a v korytech.
• Spolupráce a zapojení
  • Aktivní účast na běžících projektech pracoviště (sdílení dat, společné případové studie, zapojení do měřicích kampaní) a publikace výsledků ve společných výstupech.

Předpokládané výsledky a jejich možné zapojení

• Uplatnění výsledků je v úpravě metodik a doporučení pro praxi: podklady pro správce toků, SPÚ, ochranu přírody).
• Vědecké výstupy: články v impaktovaných časopisech, konferenční příspěvky, datové a softwarové repozitáře; využití ve výuce.
• Metodický rámec pro „hillslope-to-channel“: postupy a nástroje pro vztah mezi vznikem plošného odtoku a vstupem do hydrografické sítě a zpřesnění popisu matematického transformace v hydrografické síti. Okrajové a počáteční podmínky hydraulických modelů pro řešení odtoku v malých toků.
• Kvantifikace účinnosti opatření – simulace návrhu opatření a jejich více parametrické vyhodnocení
• Propagace tématu pro odbornou, laickou a profesní veřejnost a pro rozšiřování povědomí o environmentálních problémech do společnosti.