NEBEZPEČNÁ VODA
zatopené okolí Ústavu pro hydrodynamiku AV CŘ v červnu 2013 zdroj: ÚH AV ČR
Řešitel: doc. RNDr. Zbyněk Sokol, CSc.
Zúčastněná pracoviště: UFA, UH, UI, UCHP
Voda je nezbytnou podmínkou života, ale za určitých okolností člověka silně ohrožuje. Každoročně působí přívalové deště, silné sněžení a povodně velké ekonomické škody včetně obětí na životech. Kromě srážkové a tekoucí vody hraje významnou roli i voda v atmosféře, neboť se podílí na vzniku dalších nebezpečných projevů počasí, jako jsou bouřky a s nimi spojené silné nárazy větru a krupobití. Velkým nebezpečím pro člověka jsou i rychlé svahové procesy a zemětřesení. Četná pozorování ukazují, že k těmto jevům dochází především v místech, kde jsou půdní podloží nebo zlomy saturovány vodou. I když uvedený výčet negativních dopadů vody na život člověka není zdaleka úplný, je zřejmé, že studium ohrožujících účinků vody má pro člověka značný význam. Nebezpečné jevy způsobené vodou totiž v současné době neumíme odstranit, ale můžeme omezit jejich důsledky. K tomu potřebujeme ještě lépe pochopit fyzikální příčiny těchto jevů a popsat jejich zákonitosti, následně pak tyto znalosti využít k dalšímu zlepšování jejich předpovědi. Včasná předpověď jevů a znalost jejich dopadů jsou základem pro předběžná i aktuální opatření, která jsou klíčem k ochraně lidských životů a minimalizaci ekonomických škod způsobených „nebezpečnou vodou“.
Aktivity tématu Nebezpečná voda
» Vliv vody na deformaci granulárních vrstev a tok sypkých materiálů
Cílem této aktivity je proto porozumět mechanismům, jakými přítomnost vody mění mechanické vlastnosti sypkých a drcených materiálů. Tyto mechanismy zvyšují všeobecné ohrožení např. při zemětřeseních, sesuvech půdy. Tyto procesy jsou způsobovány mimo jiné mechanickou nestabilitou granulární sítě a přítomnost vody zásadním způsobem ovlivňuje chování sypkých hmot. Vedle toeretických studií a numerických výpočtů deformace granulární vrstvy vlivem smykových sil (Couettův tok) bude vybudován fyzikální model pro předpověď tlaků vody během deformace granulárních vrstev.
» Konvektivní bouře – měření a modelování jejich projevů
X-pásmový výzkumný radar Furuno WR2120 zdroj: Virtual Visit s. r. o.
Výzkum v rámci této aktivity je zaměřen na zdokonalení předpovědního modelu počasí zaměřeného na předpověď konvektivních jevů. Konvekce v atmosféře často vede ke vzniku bouří, které mohou být doprovázeny nebezpečnými projevy počasí, jako jsou například lokální přívalové deště s následnými bleskovými
povodněmi, elektrické výboje-blesky, ničivé krupobití a silné nárazy větru v extrémních případech tornáda. Tyto jevy pravidelně působí hospodářské škody, ale mohou vést ke zraněním i k lidským obětem.
Výzkum konvekce probíhá na datech z observatoře Milešovka, kde je výskyt bouří velmi častý a kde je umístěn vertikální oblačný radar a další měřicí přístroje. Pozorování je doplněno matematickým modelováním konvekce. Zkoumán je rozdíl vnitřní struktury konvektivního oblaku, který kromě srážek způsobuje elektrické výboje v atmosféře, a konvektivního oblaku bez elektrických výbojů. Větší pozornost je přirozeně věnována výzkumu prvně jmenovaných oblaků. K tomu jsou využívány měřené charakteristiky oblačným radarem (fázový posun přijatého signálu atd.) a data z chování lineárního depolarizačního podílu (LDR). Očekávaným cílem aktivity je najití vazby mezi naměřenými daty oblačným radarem a intenzitou srážek na zemském povrchu.
V listopadu 2020 byl na observatoři Milešovka instalován X-pásmový výzkumný radar Furuno WR2120, který bude poskytovat data s vysokým časovým a prostorovým rozlišením z okolí Milešovky až do vzdálenosti cca 50 km.
» Studie vzájemného vztahu půdní vlhkosti a náchylnosti povodí ke vzniku přívalové povodně
Dříve instalované čidlo TDR na měření objemové vlhkosti půdy na jiné lokalitě zdroj: ÚH AV ČR
Navrhovaná aktivita je prvním krokem dlouhodobého záměru, jehož celkovým cílem je vytvoření a otestování lokálního systému včasné výstrahy před přívalovými povodněmi. Navrhovaný systém je založen na syntéze terénního měření půdní vlhkosti, radarových dat a metod umělé inteligence. Projekt je realizován na Šumavě na povodí Modravského a Roklanského potoka. Tato lokalita byla vybrána proto, že horská a podhorská povodí jsou z hlediska přívalových povodní zvláště
zranitelná. Výhodou také je, že v této oblasti již dlouhodobě probíhá hydrologický a ekologický monitoring. Základní složkou pro sestavení a kalibraci modelu neuronových sítí je archiv měřených půdních vlhkostí.V rámci ktivity je stávající monitorovací síť zahušťována a doplńována o čidla specializovaná na zjišťování půdní vlhkosti.
» Webový kalkulátor extremity srážek
Aktivita je zaměřena na kvantitativní posouzení extremity srážkových událostí. V rámci předchozích projektů ÚFA AV ČR, v. v. i. byl vytvořen index extremity počasí (Weather Extremity Index), který takové hodnocení extremity srážek umožňuje. Aktivita vytváří operativní nástroj pro vyčíslení tohoto indexu. Denní a několikadenní úhrny srážek z jednotlivých srážkoměrných stanic jsou pomocí parametrů všeobecného rozdělení extrémních hodnot převedeny na doby opakování, které jsou následně interpolovány do pravidelné sítě s horizontálním rozlišením 1 km.
Ukázka výstupu z kalkulátoru zdroj: ÚFA AV ČR
Pro vybraný územní celek (celá ČR, kraj nebo povodí vyššího řádu) jsou hodnoty dob opakování z uzlových bodů seřazeny sestupně a pro každý počet uvažovaných bodů vypočtena hodnota veličiny, jejíž maximalizací v prostoru i v čase (od jednoho do pěti dní) je získána hodnota indexu WEI pro danou srážkovou událost. Pro každé zvolené datum a danou délku časového okna aplikace dále znázorňuje mapu srážkového pole. V současné době je webový kalkulátor testován na vybraných srážkových událostech, aby byl připraven k operativnímu použití. Kompletní řady hodnot indexu WEI za období 1961-2020 budou poté podrobeny základnímu statistickému vyhodnocení.