Metody a nástroje zpracování hydrologických dat
Transkript
Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Michal Jeníček Univerzita Karlova v Praze, Přírodovědecká fakulta [email protected], http://hydro.natur.cuni.cz/jenicek/ 2012 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Statistika Základy geostatistiky GIS a DPZ Modelování Interpretace, nejistota Úkol Obsah • Statistické zpracování dat o Popisná statistika o Kontrola úplnosti a homogenity časových řad o Korelační a regresní analýza o Analýza extrémních hodnot • Základy geostatistiky – principy prostorové analýzy spojitých jevů • Geografické informační systémy, dálkový průzkum Země • Modelování hydrologických procesů • Interpretace výsledků, nejistota, závěry • ÚKOL: Výpočet průměrných denních úhrnů srážek na povodí metodou lineární orografické regrese • Přednáška ve formátu pdf ke stažení na http://hydro.natur.cuni.cz/jenicek/ sekci „výuka“ 2 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Statistika Základy geostatistiky GIS a DPZ Modelování Interpretace, nejistota Úkol Nástroje a metody hodnocení hydrologických jevů Terénní metody a DPZ • monitoring veličin – monitoring srážko-odtokového režimu • terénní průzkum – měření průtoků, monitoring sněhu, geodetická měření, mapování upravenosti, limnologická měření, odběry vzorků kvality vody atd. • DPZ – letecké a satelitní snímky v různých spektrálních pásmech Přednáška Hydrologie, MFGI, MFGII Metody zpracování dat • statistická analýza, geostatistika • nástroje GIS a DPZ – analýza prostorových a obrazových dat • srážko-odtokové a hydrodynamické modelování dnešní cvičení (základy) 3 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Statistika Základy geostatistiky GIS a DPZ Modelování Interpretace, nejistota Úkol Popisná statistika Aritmetický průměr (Arithmetic Average, Arithmetic Mean) 1 n x = ∑ xi n i =1 Vážený průměr (Weighted Average) n x= ∑ x .A i =1 n i i ∑A i =1 i kde A (váha) může být například plocha dílčího povodí 4 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Statistika Základy geostatistiky GIS a DPZ Modelování Interpretace, nejistota Úkol Popisná statistika Výběrová směrodatná odchylka (Standart Deviation) odmocnina výběrového rozptylu Šikmost (Skewness) negativní 1 n s= ( xi − x ) 2 ∑ n − 1 i =1 1 n ( xi − x ) 3 ∑ n α = i =1 3 s pozitivní Špičatost (Kurtosis) 1 n ( xi − x ) 4 ∑ n β = i =1 4 −3 s 5 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Statistika Základy geostatistiky GIS a DPZ Modelování Interpretace, nejistota Úkol Základní statistika, analýza rozptylu Koeficient variace CV = s x používá se např. při výpočtu pravděpodobnosti překročení průtoků nebo srážek Koeficient asymetrie CS = CV + 3 ⋅ CV 3 Standardizace zbavení se vlivu průměru nebo směrodatné odchylky xi − x s 6 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Statistika Základy geostatistiky GIS a DPZ Modelování Interpretace, nejistota Úkol Kontrola časových řad Vizuální kontrola, základní statistika (max, min, rozptyl, atd.) Součtové křivky reziduálů (Residual Mass Curve) – umožní odhalit nehomogenitu sledované řady. Jde o kumulované odchylky od průměru sledované řady DMA (Double Mass Analysis) – analýza využívá podvojných součtových čar pro odhalení nehomogenit sledované nebo kontrolní řady (možná nehomogenita je indikována zlomem čáry). Vícerozměrné statistické metody – shluková analýza, analýza hlavních komponent, faktorová analýza 7 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Statistika Základy geostatistiky GIS a DPZ Modelování Interpretace, nejistota Úkol Metoda součtových řad • srovnávání jedné veličiny (např. průtoku) ze dvou (nebo více) závislých stanic – jednu stanici považujeme za nezávislou a na druhé hledáme odchylky měření • hledání zlomů na součtové čáře • odchylky mohou být způsobeny změnou polohy stanice, měřícím přístrojem, změnou metodiky měření, atd. 8 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Základy geostatistiky Statistika GIS a DPZ Modelování Úkol Interpretace, nejistota Metoda podvojných součtových řad (DMA – Double Mass Analysis) • na ose x kumulativní úhrn srážek, na ose y kumulativní průtoky • využití při hledání změn odtokového režimu vlivem změn v povodí (krajinný pokryv, meliorace, napřímení toků, atd.) Třetí Mlýn (1965-2006) 100 Obr. Podvojné součtové čáry ročních srážek a průtoků v profilech Modrava, Kolinec a Blanický Mlýn (Zdroj: Kliment a Matoušková, 2006) 60 100 40 1993 80 20 0 0 20 40 60 80 100 S kumulativní [% ] Obr. Závislost průměrného ročního průtoku na ročním úhrnu srážek v % vyjádřená dvojnou součtovou čárou pro období 1965–2006 v profilu Třetí Mlýn (Chomutovka) (Zdroj: Kašpárek, 2007) Cumulative annual discharge (%) Q kumulativní [%] 80 1981 60 40 1974 Modrava (Vydra) 20 Kolinec (Ostruzna) Blanicky Mlyn (Blanice) 0 0 20 40 60 80 100 Cumulative annual precipitation (%) 9 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Statistika Základy geostatistiky GIS a DPZ Modelování Interpretace, nejistota Úkol Korelační a regresní analýza korelační analýza – zjišťuje míru těsnosti vztahu využití Pearsonova, Spearmenova koeficientu nebo koef. determinace atd. regresní analýza – pokud vztah existuje, zjišťuje jeho tvar různé typy – lineární, logaritmický, exponenciální, polynomický atd. využití např. metody nejmenších čtverců uplatnění mapové algebry v GIS 10 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Statistika Základy geostatistiky GIS a DPZ Modelování Interpretace, nejistota Úkol Doplnění chybějících hodnot 1) výpočet míry závislosti stanic (např. pomocí Pearsonova koeficientu) 11 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Statistika Základy geostatistiky GIS a DPZ Modelování Úkol Interpretace, nejistota Doplnění chybějících hodnot 1) výpočet míry závislosti stanic (např. pomocí Pearsonova koeficientu) 2) výpočet směrnice k a posunutí q přímky 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 0 10 20 30 40 50 60 70 12 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Statistika Základy geostatistiky GIS a DPZ Modelování Úkol Interpretace, nejistota Doplnění chybějících hodnot 1) výpočet míry závislosti stanic (např. pomocí Pearsonova koeficientu) 2) výpočet směrnice k a posunutí q přímky 3) výpočet hodnot (doplněním do rovnice y = k.x + q 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 0 10 20 30 40 50 60 70 13 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Základy geostatistiky Statistika GIS a DPZ Modelování Interpretace, nejistota Úkol Orografická regrese srážek stanovení úhrnu srážek na povodí pomocí korelace s nadmořskou výškou 1000 Ú h rn srážek [m m ] 900 y = 0,6022x + 362,7 R2 = 0,8811 Měděnec 800 Kamenička Celná Výsluní 700 Výhody: Křímov 600 550 600 650 700 Nadmořská výška [m n. m.] 750 800 850 • Uvažuje orografické poměry stanic - zohledňuje nadmořskou výšku Nevýhody: • Ne vždy existuje rostoucích srážek s nadmořskou výškou • Problém návětří a závětří (orograficky) 14 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Statistika Základy geostatistiky GIS a DPZ Modelování Interpretace, nejistota Úkol Orografická regrese srážek 1) výpočet míry závislosti úhrnu srážek na nadmořské výšce (např. pomocí Pearsonova koeficientu nebo koef. determinace) 2) výpočet směrnice k a posunutí q přímky (lineární regresní vztah) pro každý den – v excelu funkce „slope“ a „intercept“ 3) výpočet hodnot pro dílčí povodí na základě jeho průměrné nadmořské výšky (doplněním do rovnice y = k.x + q) • možnost využití mapové algebry v nástrojích GIS 15 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Základy geostatistiky Statistika GIS a DPZ Modelování Úkol Interpretace, nejistota Empirická křivka překročení Proč vytváříme? Návrhové veličiny, projekční činnost (stavba přehrad, kanálů, protipovodňová ochrana) – potřebujeme znát velikost možné povodně p= i m +1 kde p je pravděpodobnost překročení, i je pořadí průtoku v sestupně řazeném souboru a m je počet prvků souboru. • Převrácená hodnota p (tzv. N – letý průtok) je hodnota průtoku, který je dosažen nebo překročen v průměru jednou za N let. 400 300 průtok [m 3.s-1] • Bod [x,y] na křivce znamená, že průtok y je překročen s pravděpodobností x. 200 100 0 Empirická křivka překročení ročních průtoků na Orlici v Týništi nad Orlicí z řady 1911 - 2000 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 pravděpodobnost překročení 16 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Statistika Základy geostatistiky GIS a DPZ Modelování Interpretace, nejistota Úkol Empirická křivka překročení Další možnosti stanovení pravděpodobnosti překročení: • Hazen p = (m – 0,5) / n • Weibull p = m / (n + 1) • Čegodajev p = (m – 0,3) / (n + 0,4) • Gringorten p = (m – 0,4) / (n +0,12) 17 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Základy geostatistiky Statistika GIS a DPZ Modelování Úkol Interpretace, nejistota Teoretická křivka překročení • Proč vytváříme? Není k dispozici dostatečně dlouhá časová řada pozorovaných dat • Aproximace pravděpodobnostní funkce dvouparametrickým logaritmicko-normálním rozdělením (používají se i další rozložení) • Časté rozdělení v přírodních vědách (teplota, hustota,...) • Lze odvodit z normálního rozdělení logaritmováním původních hodnot • Nutné dva parametry – koeficienty stř. hodnota a směrodatná odchylka 25 15 10 20 5 15 0 0-40 41-80 81-120 121-160 161-200 201-240 241-280 281-320 321-360 361-400 Q [m3/s] četnosti četnosti 20 10 5 Obr. Rozdělení četností max. ročních průtoků na Orlici v Týništi z řady 1911-2000 0 3,97 4,19 4,42 4,64 4,87 5,09 5,32 5,54 5,77 5,99 ln(Q) 18 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Statistika Základy geostatistiky GIS a DPZ Modelování Interpretace, nejistota Úkol Analýza N-letosti - příklad Úkol - mám řadu denních průtoků. Chci určit hodnotu N-letého průtoku Vycházím z logaritmicko-normálního rozdělení maximálních ročních průtoků, které charakterizuje střední hodnota x a směrodatná odchylka s Určím koeficient asymetrie Z tabulek určím pro zvolenou pravděpodobnost překročení hodnotu tp, tedy hodnotu standardizovaného L-N rozdělení (stř. hodnota 0 a sm. odchylka 1) Hodnota tp pro pravděpodobnost překročení 99 % a koef. asymetrie 0,1 19 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Statistika Základy geostatistiky GIS a DPZ Modelování Interpretace, nejistota Úkol Analýza N-letosti - příklad Dopočtení hodnoty průtoku zvolené pravděpodobnosti překročení podle: QN = x ⋅ (1 + CV ⋅ t p ) tedy QN = x + s ⋅ t p tedy „odstandardizování“ hodnoty 20 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Statistika Základy geostatistiky GIS a DPZ Modelování Interpretace, nejistota Úkol Základy geostatistiky • Geostatistika – část statistiky, která analyzuje prostorové prvky = prostorová analýza • Každý statistický jev má své věcné, časové a prostorové vymezení • Na počátku byla geostatistika spojena s geologií (vydatnost ložisek), postupně pronikla do většiny disciplín • Základní přístup – spojitý nebo nespojitý jev. Ve fyzické geografii jsou prostorové jevy většinou spojité (teplota, srážky, atd.) • Prostorová analýza je založena na měření určitého jevu v konkrétních místech a následném odhadu jevu v celé ploše (interpolace) 21 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Statistika GIS a DPZ Základy geostatistiky Modelování Interpretace, nejistota Úkol Základy geostatistiky Interpolační metody deterministické stochastické (geostatistické) Interpolační metody exaktní (přesné) aproximační (vyrovnávací) • Přírodní procesy – spíše deterministické metody • Sociální procesy – spíše stochastické metody 22 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Statistika Základy geostatistiky GIS a DPZ Modelování Interpretace, nejistota Úkol Základní geostatistický princip • Jevy, které jsou v prostoru blíže k sobě, mají tendenci se sobě více podobat než jevy, které jsou prostorově vzdálenější. Následuje výčet některých interpolačních metod na příkladu plošného rozložení průměrného ročního úhrnu srážek na povodí Prunéřovského potoka (Krušné hory) 23 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Statistika Základy geostatistiky GIS a DPZ Modelování Interpretace, nejistota Úkol Plošná interpolace hodnot – Thiessenovy polygony (Voronoi diagramy) • Vytvoření Delaunayovy triangulační sítě – v každém trojúhelníku je právě jeden bod měřené sítě (základ TIN) • Vytvoření Voronoi diagramů (Thiessenových polygonů) • Hodnota veličiny vypočtena váženým průměrem podle plochy dílčích částí Zdroj: Kusendová (2009) 24 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Statistika Základy geostatistiky GIS a DPZ Modelování Interpretace, nejistota Úkol Plošná interpolace hodnot – Thiessenovy polygony (Voronoi diagramy) Výhody: • Jednoduše aplikovatelná • Zohledňuje vzdálenost dopadu srážky od stanice a jejich dlouhodobý úhrn Nevýhody: • Není v pravém slova smyslu interpolace, použití např. na výpočet průměrné srážky na povodí • Nezohledňuje orografické poměry n P= ∑ P .A i =1 n i i ∑A i =1 i P = 833,19 mm 25 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Statistika Základy geostatistiky GIS a DPZ Modelování Interpretace, nejistota Úkol Plošná interpolace hodnot – IDW • IDW – Inverse Distance Weighted (Metoda inverzních vzdáleností) • Deterministická exaktní metoda • Srážky ze stanic jsou váženy převrácením jejich vzdálenosti od interpolovaného bodu Stanice B dB Stanice A dA Výhody: dC • Jednoduchá interpolace Stanice C • Upřednostňuje bližší stanice před stanicemi vzdálenějšími Nevýhody: • Vytváření „očí“ okolo datového bodu • Vyžaduje pečlivé nastavení parametrů (váhy - exponentu) 1 d Aβ P= 1 1 1 + + + ... β β β d A d B dC 26 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Statistika Základy geostatistiky GIS a DPZ Modelování Interpretace, nejistota Úkol Plošná interpolace hodnot – IDW P = 851,24 mm Max. srážka v povodí = 1043,12 mm Min. srážka v povodí = 727,93 mm 27 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Statistika Základy geostatistiky GIS a DPZ Modelování Interpretace, nejistota Úkol Plošná interpolace hodnot – Spline • Deterministická, exaktní metoda • Prokládání polynomických funkcí s minimální křivostí Výhody: • Jednoduše aplikovatelná v prostředí ArcGIS • Možnosti nastavení parametrů Nevýhody: • Může vytvářet falešná minima a maxima P = 882,23 mm Max. srážka v povodí = 1281,55 mm Min. srážka v povodí = 703,02 mm 28 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Statistika Základy geostatistiky GIS a DPZ Modelování Interpretace, nejistota Úkol Plošná interpolace hodnot – Natural Neighbour • Geostatistická metoda, exaktní metoda • Využívá statistickou metodu nejbližšího souseda • Vytvoření Voronoi diagramů pro každý počítaný bod • Hodnota veličiny v každém bodě vypočtena váženým průměrem podle plochy dané dílčí části (stejně jako v případě určení plošného úhrnu srážek u Thiessenových polygonů) P = 863,17 mm Zdroj: Kusendová (2009) Max. srážka v povodí = 1134,79 mm Min. srážka v povodí = 710,21 mm 29 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Statistika Základy geostatistiky GIS a DPZ Modelování Interpretace, nejistota Úkol Plošná interpolace hodnot – Krigging • Geostatistická , aproximační metoda • Váha je počítána nikoli podle lineárního vztahu, ale podle funkce – variogramu • Hlavní typy variogramů - lineární, exponenciální, kvadratický, gaussovský aj. • Hodně typů (Ordinary, Sperical, atd.) Výhody: • Velmi sofistikovaná metoda • Vhodná pro velké množství veličin (univerzální) Nevýhody: • velké množství parametrů, složité nastavení P = 863,85 mm Max. srážka v povodí = 1110,29 mm Min. srážka v povodí = 708,60 mm 30 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Statistika Základy geostatistiky GIS a DPZ Modelování Interpretace, nejistota Úkol Plošná interpolace hodnot Metoda Průměrný úhrn srážek [mm] Thiessnovy polygony 833,19 IDW 851,24 Spline 882,23 Natural Neighbour 863,17 Krigging 863,85 • Možnosti využití geoinformačních softwarů (ArcGIS, MapInfo, atd.) • Všechny uvedené algoritmy jsou součástí softwaru ArcGIS v rámci extenzí Spatial Analyst nebo Geostatistical Analyst 31 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Statistika Základy geostatistiky GIS a DPZ Modelování Interpretace, nejistota Úkol GIS a DPZ • umožňují analyzovat a interpretovat prostorová a obrazová data • s postupujícím vývojem IT nabývají na významnosti • vývoj metod GIS podmiňuje i směr vývoje jiných nástrojů (např. modelování) a naopak • GIS je nástrojem pro zpracování dat terénního průzkumu nebo monitoringu a výsledky jsou přímo uplatnitelné například v modelování 32 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Statistika Základy geostatistiky GIS a DPZ Modelování Interpretace, nejistota Úkol GIS a DPZ (příklad GIS – terénní průzkum) • měření objemu retenčních prostor 33 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Statistika Základy geostatistiky GIS a DPZ Modelování Interpretace, nejistota Úkol GIS a DPZ (příklad GIS – terénní průzkum) • výpočet objemu vody ve sněhu 34 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Statistika Základy geostatistiky Modelování GIS a DPZ Interpretace, nejistota Úkol GIS a DPZ (příklad GIS – mapová algebra) • umožňuje provádět početní operace s rastrovými daty • příklad – výpočet hodnot CN v povodí v ArcGIS HSPINF + HSPRVK + HSPsklon = CN 35 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Statistika Základy geostatistiky GIS a DPZ Modelování Interpretace, nejistota Úkol Orografická regrese srážek • využití mapové algebry v nástrojích GIS • umožňuje provádět početní operace s rastrovými daty 36 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Statistika Základy geostatistiky GIS a DPZ Modelování Interpretace, nejistota Úkol GIS a DPZ (příklad GIS – mapová algebra) • příklad – výpočet hydrologických charakteristik na základě DMT (nadstavba ArcHydro Tools pro ArcGIS) • návaznost mapové algebry na modelování – zvyšuje uplatnění distribuovaných modelů 37 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Statistika Základy geostatistiky Modelování GIS a DPZ Úkol Interpretace, nejistota GIS a DPZ (příklad DPZ – změny landcover) • příklad Blanice, změny krajinného pokryvu vyhodnocené pomocí db CORINE 1990 a 2000 Legenda: Legenda: CORINE Landcover 1992 CORINE Landcover 2000 1.1.2. Nesouvislá městská zástavba 1.1.2. Nesouvislá městská zástavba 2.1.1. Nezavlažovaná orná půda 2.1.1. Nezavlažovaná orná půda 2.3.1. Louky a pastviny 2.3.1. Louky a pastviny 2.4.3. Zemědělské oblasti s přirozenou vegetací 2.4.3. Zemědělské oblasti s přirozenou vegetací 3.1.1. Listnaté lesy 3.1.1. Listnaté lesy 3.1.2. Jehličnaté lesy 3.1.2. Jehličnaté lesy 3.1.3. Smíšené lesy 3.1.3. Smíšené lesy 3.2.1. Přírodní louky 3.2.1. Přírodní louky 3.2.4. Nízký porost v lese 3.2.4. Nízký porost v lese 5.1.2. Vodní plochy 5.1.2. Vodní plochy 0 2,5 5 10 Km ¯ 0 2,5 5 10 Km ¯ 38 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Statistika Základy geostatistiky GIS a DPZ Modelování Interpretace, nejistota Úkol Hydrologické modelování „In mathematical expression represents model an algorithm of equation system solutions, which describe a system structure and its behavior “. Clarke, 1973 Model je zjednodušením reality. Diskretizuje původně spojitý systém v prostoru a čase. Z hlediska hodnocení povodní hydrologický model umožňuje: • provést rekonstrukci povodně, určit kulminační průtok, objem povodňové vlny, velikost rozlivu atd. A to i na „nepozorovaném“ povodí. • vytvořit scénáře případné povodně na základě vstupních podmínek – např. sněhových zásob, variantní simulace pro různé ensembly srážek, vytvoření záplavových zón atd. • scénáře dopadu různých opatření v povodí (nádrž, vliv jezu, hrází v údolní nivě, změna krajinného pokryvu atd.) • ...ale...nejistota Porozumění vs. rozhodování Modely jsou nástrojem k pochopení zákonitostí přírodních procesů. Pomáhají při rozhodování (výstavba přehrad, podpora krizového řízení atd.) 39 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Statistika Základy geostatistiky GIS a DPZ Modelování Interpretace, nejistota Úkol Srážko-odtokové modelování Evapotranspirace Povrchový odtok Srážky Odtok ze sněhu Intercepce Proudění v nenasycené zóně Odtok v korytě Proudění v nasycené zóně 40 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Statistika Základy geostatistiky GIS a DPZ Modelování Interpretace, nejistota Úkol Modely přírodních procesů zvyšující se zjednodušení Vjemový model (perceptual model) naše (individuální) představa o přírodních procesech Koncepční model (conceptual model) rozhodnutí, jaké rovnice použít Procedurální model (procedural model) vytvoření kódu (programu) Kalibrace modelu (model calibration) odvození parametrů modelu Validace modelu (model validation) ověření modelu – v praxi obtížné 41 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Statistika Základy geostatistiky GIS a DPZ Modelování Interpretace, nejistota Úkol Interpretace výsledků, nejistota • nejistota měření vstupních dat o srážky, teploty, vodní stavy, v operativní hydrologii také meteorologické předpovědi • nejistota zpracování vstupních dat o interpolační techniky, měrná křivka průtoku, atd. • nejistota v přesnosti použitých metod o použité metody statistické analýzy, modelování • spojená s lidským faktorem o doplnění chybějících hodnot v časových řadách atd. 42 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Statistika Základy geostatistiky GIS a DPZ Modelování Interpretace, nejistota Úkol Interpretace výsledků, nejistota • nahodilé chyby lze je eliminovat jednak vizuální kontrolou a jednak použitím vhodných kontrolních metod (DMA, součtová křivka reziduálů, shluková analýza, atd.) • systematické chyby měření dochází k nim při sběru dat (například nevhodně umístěný srážkoměr), absence měření pod vegetací, extrémní srážkové intenzity atd. • chyby prostorové interpretace Vychází z použité metodiky. Například metoda Thiessenových polygonů pro interpolaci srážek nezohledňuje nadmořskou výšku stanice nebo orografický efekt. V případě průměrných teplot vzduchu vznikají nepřesnosti díky občasným zimním teplotním inverzím. 43 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Statistika Základy geostatistiky GIS a DPZ Modelování Interpretace, nejistota Úkol Interpretace výsledků, nejistota 50 • Odezva povodí na úhrn srážek o N=100 60 Úhrn srážek Q - nenasycené povodí 40 30 30 20 20 Intenzita srážek [mm.h-1] Q - nasycené povodí 40 Průtok [m3.s-1] • příklad průměrně nasyceného povodí předchozími srážkami a plně nasyceného povodí předchozími srážkami 50 10 10 0 0 0 10 20 30 40 50 60 Čas [hod] 44 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Statistika Základy geostatistiky GIS a DPZ Modelování Interpretace, nejistota Úkol Úkol • Určení průměrného úhrnu srážek metodou orografické interpolace Data: • Denní úhrny srážek na vybraných sousedících stanicích za jeden měsíc Výstup: • Graf závislosti měsíčního úhrnu srážek na nadmořské výšce, včetně rovnice regrese a koeficientu determinace R2. • Spočtení denních úhrnů srážek a měsíčního úhrnu srážek na povodí se zadanou průměrnou nadmořskou výškou – tabulka se vstupními i vypočtenými hodnotami • Vypracovaný úkol (MS Word, OpenOffice Writer atd.) – úvodní stránka, zadání, postup řešení, výsledky, závěr. Odeslat e-mailem na adresu [email protected] Data ke stažení na: • http://hydro.natur.cuni.cz/jenicek/ v sekci výuka, na stránce příslušného předmětu, v SISu 45 Metody ve fyzické geografii II Metody a nástroje zpracování hydrologických dat Statistika Základy geostatistiky GIS a DPZ Modelování Interpretace, nejistota Úkol Použitá a související literatura • Beven, K.J. (2001). Rainfall-Runoff Modelling, The Primer. Chichester: John Wiley & Sons, 360 s. • Dyck, S., Peschke, G. (1983): Grundlagen der Hydrologie. VEB Verlag für Bauwesen, Berlin, 388 s. • Feldman, A.D. (Ed.) (2000): Hydrologic Modeling System HEC-HMS, Technical Reference Manual. USACE, Davis, 155 s. • Kašpárek, L. et al. (2007): Regionální hydrologická studie Krušných hor – část 1 analýzy pozorování a odvození regionálních vztahů. VÚV T. G. Masaryka, Praha. 71 s. • Kliment Z., Matoušková M. (2006): Changes of runoff regime according to human impact on the landscape. Geografie-Sborník ČGS, 111, 3, s. 60-72. • Kutláková, L. (2007): Metody plošného rozložení srážek v povodí Prunéřovského potoka s ohledem na odtokový proces. Bakalářská práce, PřF UK, Praha. • Kusendová, D.: Aplikácia vzdialenostných operátorov GIS v demogeografických analýzach [online]. [cit. 2009-04-19].<http://gis.vsb.cz/GIS_Ostrava/GIS_Ova_2002/Sbornik/Referaty/kusendova.htm> • Streit U. Werkzeuge zur numerische Modellierung [online]. poslední revize 3.4.2007 [cit. 2012-03-26]. <http://ifgivor.uni-muenster.de/vorlesungen/Num_Modellierung/>. • Wainwright, J., Mulligan, M. (eds.) (2004): Environmental Modelling. John Wiley & Sons, Chichester, 408 s. 46
Podobné dokumenty
9. část Hydrologická data pro návrhové účely, geostatistika
využití Pearsonova, Spearmenova koeficientu nebo koef. determinace atd.
10. část GIS v hydrologickém a hydrodynamickém modelování
• Nejčastější je volná vazba mezi modely a GIS, případně začlenění dílčích výpočtů (hlavně
pro zpracování dat) v prostředí GIS. Nejčastější jsou vyvíjeny nadstavby pro ArcGIS a
Grass GIS (Open Sour...
můžete si podrobný přehled stáhnout ve formátu
Objem nákladového prostoru je měřen metodami SAE a VDA a je uveden v m3. Metoda VDA (Verband der Automobilindustrie) určuje objem tak, že se nákladový prostor
zaplní kvádry o objemu 1 litr a rozměr...
Zde - Department of Forest Management and Applied Geoinformatics
Idrisi představuje typicky rastrově zaměřený GIS s modulární koncepcí, který
je vyvíjen od roku 1987 v Clark Labs (Graduate School of Geography, Clark
University, Worcester, Massachusetts, USA) v r...
Fulltext - Psychologie a její kontexty
práci na různých projektech nebo seminárních pracích. Většina studentů je se studiem
spokojená zejména z hlediska informační stránky, někteří by uvítali užší kontakt
s vyučujícími a praxi na bakalá...
Sborník příspěvků - Česká pedologická společnost
Variabilita půd je pojem, který se promítá do všech oborů pedologie.
Prostředkem k zachycení a interpretace variability půd je půdní průzkum,
monitoring a mapování s množstvím výkonných matematicko...