Nejistoty při kalibraci a verifikaci srážko-odtokových modelů v urganizoaných povodích

Abstract

Výběr vhodného simulačního prostředku pro konkrétní úlohu městského odvodnění je velmi složitým rozhodovacím procesem. Velmi přesné řešení velice kvalitně sestaveného modelu nemusí zaručit dosažení "přesného" popisu skutečné reality. Specifickým problémem stokování byly, jsou a budou dešťové vody odváděné společně s vodami splaškovými a s možnými vlivy na související recipient a ČOV. Z neznalosti nejistot mohou vznikat další chyby. Vyjádření nejistot je filozoficky blíže subjektivní definici pravděpodobnosti jako stupni důvěry či víry v poznání daného problému. Tato pravděpodobnost však souvisí spíše s nedostatkem znalostí než s výsledkem opakovaného experimentu. Lze ji srovnat s nepřesností, která je označována jako chyba.Problematiku zdrojů nejistot v modelování městského odvodnění lze rozdělit do skupin podle oblasti zpracování: a) nejistota měření vstupních dat, b) nejistota zpracování, respektive nejistota ve vstupních proměnných modelu, nejistota vyplývající z řídících rovnic, hodnot parametrů modelu a ze schematizace, c) nejistota kalibrace modelu, d) nejistota vycházející z nedokonalého popisu fyzikální reality omezené počtem matematických vztahů nebo i lidský faktor.Protože rozsah celé problematiky nejistot v urbanizovaných povodích je velice široký a přesahuje rámec možností jedné práce tohoto charakteru, zaměřil autor svoji práci pouze na a) použití simulačních modelů povrchového odtoku vhodných pro městské odvodnění, b) statistické vyhodnocení výsledků simulačních výpočtů formou koeficientů dobré shody.Předkládaná disertační práce se zabývala ověřením teoretických vztahů srážko-odtokových modelů používaných v České republice a to z pohledu nejistot kalibračních parametrů. Ověření bylo provedeno formou řady numerických a případových studií.Práce se rovněž zaměřila na testování kritérií pro hodnocení dobré shody mezi naměřenými a vypočtenými hodnotami časových řad průtoků.Protože kalibrace modelu se provádí pomocí koeficientů srážko-odtokových modelů a měření se provádí v kanalizaci, práce se zabývala rovněž "propagací" nejistot v rámci proudění ve stokové síti.Z výsledků práce lze konstatovat, že kalibrace modelu je nezbytným krokem k používání simulačních modelů. Z hlediska nejistot však neexistuje jedna "nejlepší" varianta (sada) kalibračních parametrů srážko-odtokových modelů a dokonce ani neexistuje pouze jedno kritérium, které by shodu dokázalo jednoznačně ohodnotit.

The proper use of rainfall-runoff models for urban storm water drainage systems requires a complex approach. The model although correctly calibrated need not to guarantee "precise" description of a real world. Performance of combine drainage systems has a direct impact on both wastewater treatment plant and on water pollution of receiving waters.Uncertainties may also result in errors. Evaluating and expressing uncertainty is still a challenging problem ranging from using of simple uncertainty techniques to more sophisticated efficiency criteria. The sources of uncertainties when dealing with modelling of urban drainage systems may be classified as follows: a) the uncertainty associated with input data, b) the uncertainty associated with data processing, governing equations, model parameters and simplification of urban drainage system itself, c) the uncertainty associated with model calibration, d) the uncertainty associated with capability to describe a real world problems.The PhD thesis was focused only on the analysis of rainfall-runoff models that are being typically used in the Czech Republic from the point of set of parameters for calibration. Moreover, evaluation and comparison of different efficiency criteria were performed. Numerous model studies as well as case examples were used to assess uncertainties.The thesis was also focused on testing of different efficiency criteria for evaluation of computed and observed outputs in the form of discharge time series. Since the model calibration is carried out with the use of model parameters of the rainfall-runoff models, the thesis also dealt with uncertainty propagation to the profile with stream flow measurement. The results of theoretical analysis and case studies showed that the model calibration is necessary for reliable use of the simulation models. However, from the point of view of objective assessment of "goodness" of the rainfall-runoff models neither a single "perfect" set of calibration parameters nor unique efficiency criterion exist.