Potenciál validace modelu WaTEM/SEDEM měřenými daty ve vodních tocích

Abstract

Životní prostředí České republiky je dlouhodobě významně zatěžováno antropogenními vlivy, které se negativně projevují na stavu krajinných ekosystémů. Jedním z těchto vlivů je zrychlená eroze půdy a nadměrné zatížení vodních toků sedimenty. Tento proces vede ke snižování úrodnosti půdy, zhoršování kvality vodních zdrojů a přenosu kontaminantů do vodního prostředí. Tato práce se zabývá analýzou transportu splavenin v povodí Labe na základě dat z monitoringu Povodí Labe, státní podnik a Povodí Vltavy, státní podnik. Řešené území zahrnuje plochu o rozloze přibližně 49 000 km². Analýza byla provedena na 600 profilech a zaměřila se na porovnání měřeného a modelovaného transportu splavenin a redistribuce sedimentů. Hlavními cíli práce bylo posoudit dlouhodobé i epizodické zatížení profilů sedimenty, identifikovat faktory ovlivňující shodu měření a modelování a zhodnotit potenciál kalibrace a validace modelu. Výpočty bylo zjištěno, že do toků v řešeném území vstupuje ročně 1,5 mil tun erozních splavenin. Celkem 59 % z tohoto množství je zachyceno v nádržích, což znamená 626 697 tun každoročně ukládaného sedimentu ve vodních nádržích. Výsledky analýzy ukázaly silnou korelaci mezi modelovanými a měřenými hodnotami, s koeficientem determinace 0,94 pro celková data. Po vyloučení 21 nejvyšších měřených hodnot transportu sedimentu nad 20 000 t/rok však koeficient determinace klesl na 0,50, což ukazuje na výrazný vliv extrémních hodnot na modelovou shodu. Výsledkem práce je podrobná analýza shody mezi modelovanými a měřenými daty transportu sedimentu, zahrnující také popis vlivu charakteru povodí a významných srážkových epizod. Součástí je také příklad kalibrace modelu WaTEM/SEDEM, který ukazuje vliv parametrizace na výslednou shodu modelu s měřením. V závěrečné části je diskutována vhodnost využití měřených dat z vodních toků pro validaci modelu WaTEM/SEDEM.

The environment of the Czech Republic has long been significantly burdened by anthropogenic influences that negatively affect the condition of landscape ecosystems. One of these impacts is accelerated soil erosion and excessive sediment loading of watercourses. This process leads to a reduction in soil fertility, deterioration in the quality of water resources and the transfer of contaminants into the aquatic environment. This thesis analyses sediment transport in the Elbe basin based on monitoring data from the Povodí Labe, State Enterprise and the Povodí Vltava, State Enterprise. The analysed site covers an area of approximately 49,000 km². The analysis was carried out on 600 profiles and focused on the comparison of measured and modelled sediment transport and redistribution. The main objectives of the work were to assess the long-term and episodic sediment loading of the profiles, to identify factors affecting the agreement between measurements and modelling, and evaluate the potential for model calibration and validation. Calculations revealed that 1.5 million tonnes of erosive sediment enter streams in the study area annually. A total of 59% of this amount is captured in reservoirs, resulting in 626,697 tonnes of sediment deposited in reservoirs each year. The results of the analysis showed a strong correlation between modelled and measured values, with a coefficient of determination of 0.94 for the total data. However, after excluding the 21 highest measured sediment transport values above 20,000 t/yr, the coefficient of determination dropped to 0.50, indicating a significant influence of outliers on the model fit. This thesis provides a detailed analysis of the agreement between modelled and measured sediment transport data is presented, including a description of the influence of catchment character and significant rainfall episodes. An example of WaTEM/SEDEM model calibration is also included, showing the effect of parameterization on the resulting model-measurement agreement. The final section discusses the suitability of using measured streamflow data for WaTEM/SEDEM model validation.