Multikriteriální validace hydrologického modelu a analýza dopadů klimatické změny na hydrologický cyklus ve vybraných povodích v České republice

Abstract

Tato práce se věnuje kritické multikriteriální validaci ekohydrologického modelu SWIM (Soil and Water Integrated Model, Krysanova, 1998). SWIM je fyzikálně založený semidistribuovaný ekohydrologický model. Taková validace by měla předcházet každému použití hydrologického modelu v dopadové studii (Refsgaard, 1997). Dále bylo provedeno hodnocení dopadů klimatické změny ve vybraných povodích v ČR s odlišným hydrologickým režimem a převažujícím typem krajiny, les (Malše) vs. orná půda (Cidlina). Multikriteriální validace spočívala ve zhodnocení efektivity simulací různých hydrologických veličin, vedle průtoku také výšky hladiny podzemní vody, půdní vlhkosti a evapotranspirace, na základě pozorovaných dat, nebo dat odvozených metodami dálkového průzkumu Země. Na základě výsledků validace byly provedeny drobné úpravy modelu SWIM, které vedly ke zvýšení efektivity simulací, především kolísání hladiny podzemní vody. Nasycení půdního profilu model simuluje věrohodně až do limitu polní kapacity, nad touto hranicí dochází k velmi rychlému odtoku. Absolutní hodnoty evapotranspirace odvozené pomocí metod dálkového průzkumu Země jsou sice zatíženy nejistotami, nicméně jejich prostorové rozložení v povodí lze použít ke konfrontaci výstupů modelu. Výsledky studie dopadů klimatické změny prokázaly různou citlivost povodí odlišných charakteristik na změnu meteorologických veličin. Dopady změn dále vykazují lokální odlišnosti i v rámci sledovaných povodí, což platí např. pro nasycenost půdního profilu.

The responsible validation of distributed physically based models is essential preceding their application to impact studies. Classical approach of validation using only time series of discharge in the output profile is considered insufficient by many authors because it cannot guarantee appropriate simulation of all processes and their spatial distribution in the basin. In this thesis, multicriteria validation strategy was applied. The ecohydrological model SWIM was thoroughly validated using a comparison with the point observed data of discharge, groundwater level and soil moisture, and with outputs of different studies and methods of remote sensing for evapotranspiration. Even though the remote sensing data include a lot of uncertainties and absolute values are imprecise, they contribute to a better interpretation of spatial distribution of evapotranspiration, e.g. related to land use. The SWIM model was implemented in the basins of different water regimes and land uses in the Czech and Slovak Republics: the Cidlina, Malše, Otava and Kysuce river basins. Based on the validation process, little adjustments of the open source code of the model SWIM were carried out to improve the simulations. Simulation of the soil water content is plausible up to field capacity. Moreover, two additional techniques of calculation potential evapotranspiration were included into the model as the alternatives to the Priestley-Taylor method. In spite of the fact that the results of evapotranspiration simulation according to these methods differ in absolute values and spatial distribution, they have negligible effect on the output runoff simulation efficiency.After the validation the SWIM was used for assessment of climate change impact on the Malše and Cidlina river basins. The hydrological processes in the agriculturally intensively used basin Cidlina respond more sensitively. Moreover, spatial differences in impacts within the basins were identified. This can be essential information for location of adaptive measurements.