J2-7322: Modeliranje hidrološkega odziva nehomogenih povodij

Osnovni podatki:

Vodilni partner: UL FGG
Vodja projekta: prof. dr. Mitja Brilly (UL FGG)
Vodja projekta na ZRC: prof. dr. Mitja Brilly (UL FGG)
Partnerji: Institut “Jožef Stefan”

Znanstvenoraziskovalni center Slovenske akademije znanosti in umetnosti

Finančni vir:
Ključne besede: nehomogena porečja, hidrološko modeliranje, eksperimentalna porečja, biogeokemijski procesi, kemijska sestava vode, sledila, protipoplavni ukrepi

Opis:

Na območju Slovenije je prisotna velika prostorska pestrost klimatskih, topografskih in geoloških razmer, ki močno vplivajo na hidrološko odzivnost povodij. Številna porečja slovenskih rek s tega vidika težko obravnavamo kot homogena območja, s katerih je možno padavinski odtok zadovoljivo obravnavati s konvencionalnimi hidrološkimi metodami. Posledično so nezanesljivi rezultati hidroloških analiz kot osnovni vhodni podatki za hidravlične analize problematični z vidika načrtovanja strukturnih – gradbenih in nestrukturnih – prostorskih protipoplavnih ukrepov ter širše, z vidika prihodnjega prilagajanja družbe na podnebno spremenljivost. V raziskovalnem projektu bodo razviti in preverjeni novejši pristopi k analizi hidroloških odzivov nehomogenih povodij, ki bodo omogočali natančnejše modeliranje odzivov nehomogenih povodij na padavinske dogodke. Osnovo za analizo hidrološkega odziva nehomogenega območja predstavlja dobra prostorska in časovna pokritost terenskih podatkov o količini padavin in odtoku po rečni mreži ter kemijski sestavi padavinske vode in vode v vodotokih. Na območju obravnave, povodju reke Ljubljanice, bomo zvezno spremljali hidrometeorološke razmere na več dežemerih in vodomernih postajah na različnih deli povodja, ki jih lahko obravnavamo kot hidrološko enovita območja. Zvezne meritve hidrometeoroloških razmer bomo periodično dopolnili z zveznimi meritvami kemizma vode v vodotokih ter laboratorijskimi analizami sledil v posameznih komponentah padavinskega odtoka. S pomočjo hidrološkega monitoringa osnovana podatkovna baza bo omogočila učinkovito spremljanje in analizo odzivov hidrološko nehomogenih območij ter interpretacijo le-teh z nadgradnjo obstoječih in razvojem novih hidroloških modelnih orodij. Na ta način bo omogočeno izboljšanje obstoječih hidroloških napovedi hidroloških ekstremov (visokovodnih in sušnih razmer) ter simuliranje dinamike spiranja nekaterih oblik suspendiranih in raztopljenih snovi in določitev njihove masne bilance v različnih hidroloških pogojih. Slednje je zlasti pomembno pri ovrednotenju vplivov človekovih dejavnosti v prostoru na ekološko stanje vodnih teles ter ekosistemske storitve, ki jih vodna telesa zagotavljajo.

Ključni cilji

Ključni cilji raziskav, ki bodo izvedeni v okviru predlaganega raziskovalnega projekta so naslednji:

  1. Analiza časovne in prostorske hidrološke odzivnosti posameznih podobmočij hidrološko nehomogenega povodja Ljubljanice, ki je hidrološko gledano edinstveno v svetovnem merilu, z nadgradnjo obstoječe merske mreže.
  2. Opredelitev hidroloških kontrolnih mehanizmov, ki uravnavajo tvorbo padavinskega odtoka na posameznih hidrološko homogenih podobmočjih (kraško območje, območje Polhograjskega hribovja, nižinski predeli Ljubljanskega barja) z uporabo najnovejše hidrometrične opreme in spremljanjem različnih okoljskih sledil (stabilni izotopi, partikulatna snov).
  3. Izvrednotenje skupnega hidrološkega odziva nehomogenega povodja Ljubljanice za potrebe preizkušanja obstoječih in izgradnjo novih hidroloških napovednih modelnih orodij.
  4. Analiza poplavnih scenarijev preteklih padavinskih dogodkov in predvidenih sprememb padavinskih vzorcev kot posledica podnebne spremenljivosti.
  5. Pridobitev kvalitetnih hidroloških podatkov za načrtovanje bodočega načrtovanja upravljanja s povodjem Ljubljanice ter ostalih povodij, tako smislu:
    • (1) izboljšanja poplavne varnosti v času visokih voda;
    • (2) ekosistemskih storitev reke Ljubljanice in njenih pritokov v sušnih obdobjih.
  6. Karakterizacija toka podtalnice v kraškem območju med notranjskimi polji in Ljubljanskim barjem na podlagi vzpostavitve in vzdrževanja monitoringa podzemnih voda v zaledju kraške Ljubljanice, modela pretakanja v mreži diskretnih prevodnikov in reinterpretaciji podatkov nekaterih obstoječih raziskav, predvsem sledenj.
  7. Izgradnja biogeokemijskega modela s katerim bo možno simulirati dinamiko spiranja nekaterih vrst suspendiranih (npr. suspendirane plavine, partikulatni dušik) in raztopljenih snovi (npr. nitrat, raztopljen anorganski ogljik) in določitev njihove masne bilance znotraj hidrološkega kroga. Na ta način bo omogočeno spremljanje nekaterih vplivov (npr. spremenjenih rab prostora v smislu širitve urbanih ali kmetijskih površin) na ekološko stanje vodotokov in ekosistemske storitve, ki jih vodotoki zagotavljajo.

Delovni slopi projekta

Skladno z težnjo po hkratnem obravnavanju hidroloških in biogeokemijskih procesov bo projekt smiselno razdeljen v naslednje delovne sklope:

Delovni sklop 1: Sistematičen pregled teoretičnih izhodišč in pristopov k obravnavi hidroloških odzivov nehomogenih območij (realiziran).
Delovni sklop 2: Obnova in posodobitev hidrološkega in biogeokemijskega monitoringa (v realizaciji).

Delovni sklop 3: Testiranje obstoječih hidroloških modelov in razvoj lastnega hidrološkega modela (v realizaciji).

Delovni sklop 4: Razvoj biogeokemijskega modela za simulacijo dinamike spiranja suspendiranih in raztopljenih snovi in določitev njihove masne bilance.

Raziskovalni rezultati

Najpomembnejši znanstveni rezultati projektne skupine:

  • BEZAK, Nejc, GRIGILLO, Dejan, URBANČIČ, Tilen, MIKOŠ, Matjaž, PETROVIČ, Dušan, RUSJAN, Simon. Geomorphic response detection and quantification in a steep forested torrent. Geomorphology, ISSN 0169-555X. [Print ed.], 2016, vol. XX, str. XX-XX, ilustr., doi: 10.1016/j.geomorph.2016.06.034. [COBISS.SI-ID 7507041]
  • DOLŠAK, Domen, BEZAK, Nejc, ŠRAJ, Mojca. Temporal characteristics of rainfall events under three climate types in Slovenia. Journal of Hydrology, ISSN 0022-1694. [Print ed.], okt. 2016, letn. 541, št. Part B, str. 1395-1405, ilustr., doi: 10.1016/j.jhydrol.2016.08.047. [COBISS.SI-ID 7650913]
  • BEZAK, Nejc, ŠRAJ, Mojca, MIKOŠ, Matjaž. Copula-based IDF curves and empirical rainfall thresholds for flash floods and rainfall-induced landslides. Journal of Hydrology, ISSN 0022-1694. [Print ed.], 2016, letn. 541, št. okt., str. 272-284, ilustr., doi: 10.1016/j.jhydrol.2016.02.058. [COBISS.SI-ID 7402849]

Najpomembnejši družbeno-ekonomski rezultati projektne skupine:

  • BEZAK, Nejc, VIDIC, Luka, MIKOŠ, Matjaž, KOS, Miha. Tiha voda mostove dere = Still waters tear away bridges. Ujma, ISSN 0353-085X, 2016, št. 30, str. 284-290, ilustr. http://www.sos112.si/slo/tdocs/ujma/2016/284-290.pdf. [COBISS.SI-ID 7808865]
  • ČUČEK, Anja (scenarist, oseba, ki intervjuva), DACINGER, Renata (urednik, oseba, ki intervjuva), BANOVEC, Primož (intervjuvanec), ATANASOVA, Nataša (intervjuvanec), PAPEŽ, Jože (intervjuvanec), BEZAK, Nejc (intervjuvanec), LAMPIČ, Igor (intervjuvanec). Bi lahko bila Slovenija brez poplav, (Ugriznimo znanost). Ljubljana: Radiotelevizija Slovenija javni zavod, 2016. http://4d.rtvslo.si/arhiv/ugriznimo-znanost/174409046. [COBISS.SI-ID 7502177]
  • VREČA, Polona, KANDUČ, Tjaša, KOCMAN, David, LOJEN, Sonja, ŠTROK, Marko, et al. Water isotopes in precipitation over Slovenia and Hungary : current state and future activities : presented at GLOBAQUA Training Course: The use of stable isotopes in investigations of hydrological processes and climate change, 10-13 Oktober, 2016, Ljubljana, Slovenia. [COBISS.SI-ID 29888551]

Drugi pomembni rezultati projektne skupine:

  • ŠRAJ, Mojca, BEZAK, Nejc, RUSJAN, Simon, MIKOŠ, Matjaž. Review of hydrological studies contributing to the advancement of hydrological sciences in Slovenia = Pregled hidroloških študij z vidika napredka hidrološke znanosti v Sloveniji. Acta hydrotechnica, ISSN 1581-0267. [Spletna izd.], 2016, letn. 29, št. 50, str. 47-71, ilustr. ftp://ksh.fgg.uni-lj.si/acta/a29ms.pdf. [COBISS.SI-ID 7856993]
  • RUSJAN, Simon, BEZAK, Nejc, BRILLY, Mitja, SAPAČ, Klaudija, SEČNIK, Matej, VIDMAR, Andrej, MIKOŠ, Matjaž. Monitoring the reinfall-runoff and erosion processes during extreme rainfall events in a forested headwater catchment. V: Hydrological behaviour in small basins under changing conditions : book of abstracts, 16th Biennial Conference of the Euromediterranean Network of Experimental and Representative Basins, 5-8 September, 2016, Bucharest, Romania. Bucharest: EDP, 2016, str. 67-68. [COBISS.SI-ID 7663713]
  • BRILLY, Mitja, VIDMAR, Andrej, KRYŽANOWSKI, Andrej, BEZAK, Nejc, ŠRAJ, Mojca. Calibration of hydrological model with programme PEST. V: European Geosciences Union, General Assembly 2016, Vienna, Austria, 17-22 April 2016, (Geophysical research abstracts, ISSN 1607-7962, vol. 18). München: European Geosciences Union, 2016. http://meetingorganizer.copernicus.org/EGU2016/EGU2016-7165.pdf. [COBISS.SI-ID 7454305]
  • VIDMAR, Andrej, BEZAK, Nejc, SEČNIK, Matej. Radio-controlled boat for measuring water velocities and bathymetry. V: European Geosciences Union, General Assembly 2016, Vienna, Austria, 17-22 April 2016, (Geophysical research abstracts, ISSN 1607-7962, vol. 18). München: European Geosciences Union, 2016, 1 str. http://meetingorganizer.copernicus.org/EGU2016/EGU2016-3978.pdf. [COBISS.SI-ID 7457633]
  • DOLŠAK, Domen, BEZAK, Nejc, ŠRAJ, Mojca. Temporal and spatial characteristics of rainfall events : a Slovenian case study. V: European Geosciences Union, General Assembly 2016, Vienna, Austria, 17-22 April 2016, (Geophysical research abstracts, ISSN 1607-7962, vol. 18). München: European Geosciences Union, 2016, 1 str. http://meetingorganizer.copernicus.org/EGU2016/EGU2016-3967.pdf. [COBISS.SI-ID 7457377]