Hydrologické modelování


Předmětem zájmu hydrologie je hydrologický cyklus, tedy koloběh vody na Zemi. Jedná se o nesmírně komplikovaný proces, zahrnující velké množství dílčích dějů, z nichž některé jsou popsány, jiné jsou popsány pouze částečně a mnohé na své objevení a popis teprve čekají. Prvotním úkolem hydrologie je tedy popis hydrologického cyklu a jeho mechanismů, nicméně ihned za ním následuje potřeba hydrologické procesy modelovat. Voda (přesněji řečeno její nadbytek či nedostatek) je v mnoha ohledech limitujícím faktorem, modelování hydrologických procesů proto nachází uplatnění v mnoha odvětvích lidské činnosti. Chceme-li znát odpověď na otázky typu „jak rychle vystoupá hladina po dešti?“, „je rozumné stavět na tomto místě dům?“ nebo „co s naším potokem udělá vykácení lesa?“, musíme při hledání odpovědí využít vhodného hydrologického modelu.

Hydrologické modely

Hydrologický model je počítačový program, který reprezentuje hydrologický cyklus nebo nějakou jeho část. Vždy se jedná o reprezentaci zjednodušenou, která ale musí být schopna vystihnout podstatné charakteristiky sledovaného procesu. Hydrologických modelů je velké množství a obvykle se dělí podle toho, do jaké míry se vnitřní struktura modelu shoduje s přírodní realitou. Z tohoto pohledu rozlišujeme:

  • Modely fyzikálně založené, kde struktura modelu velmi přesně odpovídá přírodní realitě, proudění vody v korytě a v půdním profilu je řízeno sadou parciálních diferenciálních rovnic. Tyto modely jsou velmi náročné na sestavení a jejich výpočet je velmi dlouhý. Jsou vhodné např. pro návrhové účely, stanovování záplavových území atp.
 
  • Modely konceptuální, kde struktura modelu odpovídá realitě pouze zhruba a fyzikální podstata je velmi zjednodušena. Tyto modely představují kompromis mezi modely fyzikálně založenými a modely black-boxovými. Jsou používány k mnoha účelům, včetně operativy. Největší vědecké úsilí je vkládáno do rozvoje modelů v této kategorii.

  • Modely black-boxové, které jsou ve své podstatě matematickou transformací vstupu na výstup (např. srážek na odtok) bez jakékoliv fyzikální podstaty. Sem patří např. modely regresní, neuronové sítě, fuzzy modely atp. Jejich výpočet je velmi rychlý, vhodné jsou pro operativní účely (např. výstražné systémy).

Výzkumné aktivity

Výzkum na Ústavu pro hydrodynamiku (ÚH) v oblasti hydrologického modelování úzce souvisí s hydrologickým monitoringem, který přináší nové poznatky o základních hydrologických procesech v různých typech povodí a data potřebná k jejich modelovému zpracování. Na ÚH dlouhodobě probíhá vývoj a testování modelů, ať už srážkoodtokových nebo např. modelů půdní vláhy. V současné době je výzkum zaměřen především na využití bodových měření půdní vlhkosti při srážkoodtokovém modelování pomocí neuronových sítí a na vývoj konceptuálních modelů s periodicky proměnlivými vnitřními parametry.