Obhájené disertační práce:



Obhájené disertační práce:

Ekologicky vhodné rozmezí průtoků

Autor: Ing. Jana Caletková
Školitel: RNDr. Dana Komínková,Ph.D.

Jako jeden z největších celosvětových problémů, kterým je nezbytné se v současné době zaobírat se jeví problematika spojená s rozvojem vodního hospodářství. Problematika hydraulických a hydrologických podmínek v tocích byla v minulosti převážně soustředěna na zajištění vody pro uživatelský oběh – prioritou bylo poskytnutí a zajištění požadovaného a nárokovaného množství vody. Tato snaha byla v mnoha případech podpořena technickými zásahy do charakteru toků v podobě výstavby jezů nebo přehrad, které ne vždy příznivě změnily poměry v tocích. Vlivem těchto zásahů se nezměnil pouze chemizmus a kvalita vody, které byly vždy pečlivě sledovány, ale především průtokové parametry, které byly často opomíjeny. Uvědomíme-li si dále, že řada těchto toků protéká urbanizovanými oblastmi, do nichž jsou zaústěny kanalizační výustě, které mají vliv nejen na již zmiňovanou kvalitu a chemii vody, ale které především vlivem dešťových událostí zvyšují průtok v toku až několikanásobně a tím přispívají k rozsáhlé degradaci nejen toku samotného, ale zejména života v něm. Vlivem těchto výše zmiňovaných událostí, dochází v tocích buďto k nedostatečným průtokovým poměrům, které by zajišťovali dostatečné podmínky pro život v toku a nebo jsou naopak tyto průtokové poměry mnohonásobně překračovány a dochází k devastaci a odnosu vodní fauny i flory. Po zajištění ekologické rovnováhy v toku je tedy nezbytné stanovit ekologicky vhodné rozmezí průtoků. Ekologickým rozmezím průtoků rozumíme takové rozmezí průtoků, které umožní organismům nebo jejich jednotlivým životním stádiím vázaným na vodu, dobré životní podmínky. Stanovení tzv. ekologických průtoků (minimálních, maximálních) obvykle vycházelo z požadavků na dodržení určité kvality vody a bylo podmíněno zejména chemickými ukazateli. Zpravidla bylo toto rozmezí určeno klasickými metodami a udáváno jedinou hodnotou jako minimální průtok (většinou Q355d). Tento průtok však v mnoha případech nesplňuje výše uvedené požadavky, zejména jedná-li se o toky v urbanizovaných oblastech. Tato povinnost také vyplývá ze samotného přijetí směrnice 2000/06/ES Evropského parlamentu a rady z 23.října 2000 ustavujícího rámec pro činnost společenství v oblasti vodní politiky, pro všechny členské země.
Jeden z možných přístupů představuje přírůstková metodologie proudění v toku IFIM (Instream Flow Incremental Methodology), která byla vyvinuta z důvodu nutnosti hodnocení měnících se průtoků v řekách pro různé uživatele. Fyzikální simulace habitatu je prováděna pomocí programu PHABSIM (Physical HABitat SIMulation system). Program je používán zejména pro ekologické modelování předpovědi změn ve fyzickém habitatu v závislosti na změnách průtoků pro jednotlivé cílové druhy a jejich životní stádia.

Cíle :

  • Ověření možnosti využití simulačního prostředku PHABSIM pro drobné vodní toky
  • Zjištění biodiversity toků
  • Vytvoření křivek vhodnosti
  • Definování rozmezí ekologických průtoků
       - optimální průtok
       - minimální průtok
       - maximální průtok
  • Návrh opatření pro zlepšení stávajícího stavu z pohledu ekologického průtoku

Unsteady Free Surface Flow Analysis in Circular Tube

Autor: Ing. Vojtěch Bareš
Školitel: Prof. Ing. Jaroslav Pollert, DrSc.

Predikce potřeby vody pomocí neuronových síťí

Autor: Ing. Marek Němec
Školitel: Doc. Ing. Iva Čiháková, CSc.

Obhájená disertacní práce (pdf, 519 kB)

Těžké kovy v prostředí urbanizovaných drobných vodních toků

Autor: Mgr. Jana Nábělková, Ph.D.
Školitel: Dr. Ing. Ivana Kabelková

Obhájená disertacní práce (pdf, 27 kB)

Těžké kovy patří mezi nejrizikovější kontaminanty, které se dostávají do vodních toků v urbanizovaných oblastech nejen z plošných zdrojů, ale zejména ze zdrojů bodových, jakými jsou výusti dešťové kanalizace nebo výusti přepadů oddělovacích komor (OK) jednotné kanalizace. Jsou toxické pro ryby i ostatní vodní organismy a potravním řetězcem se dostávají i k vyšším trofickým úrovním (ptactvo a člověk), kde se také toxicky (karcinogenně nebo teratogenně) projevují už v nízkých koncentracích. Jejich toxicita často závisí na formě, v jaké se vyskytují ve vodním prostředí. Forma výskytu je ovlivněna složením a fyzikálně chemickými vlastnostmi vody. Navíc mají tendenci kumulovat se v sedimentech a ve vodní flóře a fauně (biokumulace). Těžké kovy ve vysokých koncentracích mohou být vázány v pevné matrici (sedimentu) po velmi dlouhou dobu, aniž by nějakým způsobem ovlivňovaly ve vodě žijící organismy (zejména ryby), neboť aktuální koncentrace ve vodě je zanedbatelná. Avšak při změně fyzikálně chemických podmínek prostředí může dojít k uvolnění kovů do roztoku, kde jsou pro organismy snadno dostupné a mohou se toxicky projevit.

Výzkum je věnován aktuální problematice u nás dosud málo řešené, která je v souladu s představami EU o dosažení dobrého ekologického stavu vodních toků členských zemí do roku 2015. Výsledky dosažené v rámci disertační práce budou součástí podkladu pro vytvoření komplexní metodiky hodnocení toků ovlivněných vypouštěním znečištění z jednotné a oddílné kanalizace v urbanizovaných povodích a sestavení systému hodnocení ekologického stavu vodního toku v souladu s legislativou EU z hlediska ekotoxikologického dopadu na ekosystém.

Otázky, které budou řešeny v rámci disertační práce:

  • Jaký postup odběru, zpracování a analýzy vzorků dnového sedimentu je nejvhodnější? Jsou výsledky získané rozdílnými postupy porovnatelné?
  • Jak dlouho trvá ustavení rovnováhy při rozdělování kovu mezi pevnou matrici a vodný roztok? Jak se tato doba liší pro různé těžké kovy a jak závisí na podmínkách prostředí (protřepávání, zrnitost a složení pevného materiálu, teplota…)?
  • Jak se mění distribuční koeficient se změnou podmínek prostředí pro vybrané těžké kovy (Cu a Zn)?
  • Platí závislosti, zjištěné z bodu 3) i pro jiné těžké kovy (Ni, Pb)?
  • Jak se chovají kovy při vazbě na sediment již kontaminovaný?
  • Jakou roli hraje zrnitost materiálu při vazbě jednotlivých kovů na sediment?
  • Dochází v prostředí drobných vodních toků urbanizované oblasti k takové změně podmínek např. účinkem vyústění dešťové kanalizace či přepadů z jednotné kanalizace, že může nastat remobilizace těžkých kovů ze sedimentu do vodního prostředí? - výzkum na základě výsledků z bodů 2) -5)

Spolehlivost stokových sítí navržených racionální metodou

Autor: Ing. David Stránský
Obhájeno: 2004
Školitel: Prof. Ing. Jaroslav Pollert, DrSc.

Racionální metoda je pro návrh stokových systémů používána více než 100 let. Jako návrhové kritérium je používána vydatnost deště s určitou periodicitou výskytu, která je vybírána z čar náhradních vydatností. Periodicita návrhového deště však nemůže být interpretována jako periodicita přetížení stokové sítě, protože vztah mezi nimi není lineární a prostorově ani časově homogenní. Je tedy zřejmé, že spolehlivost stokového systému není při jeho návrhu známa, přestože je to velmi podstatná informace pro inženýry (neznámé důsledky návrhu), provozovatele (prevence přetížení, RTC), lokální autority (územní plánování), pojišťovny (definice pojišťovací události) i pro uživatele (ochrana majetku).

První část práce je zaměřena na definici spolehlivosti a bezpečnosti stokové sítě. Stokový systém může fungovat v pěti různých režimech, které jsou definovány určitým průtokem, popř. úrovní hladiny. V rámci práce bylo navrženo názvosloví pro všechny režimy funkce i jejich limitní hranice.

V druhé části práce je provedena nejistotní analýza racionální metody. Zkoumány byly nejistoty obsažené ve všech parametrech metody, tj. vydatnosti deště, součiniteli odtoku i ploše povodí. Nejistoty byly vyjádřeny pomocí distribučních funkcí hustoty pravděpodobnosti a použity jako vstupy pro Monte Carlo simulace nejistoty návrhového parametru, tj. návrhového průtoku Qmax.

V závěru disertační práce je diskutována vhodnost racionální metody pro návrh stokových sítí v porovnání s aplikací simulačních prostředků. Racionální metoda je velmi jednoduchá a rychlá metoda, ale nepřiměřeně schematizuje srážko-odtokové procesy. Simulační prostředky jsou výrazně sofistikovanější, využívají současných znalostí v oboru a ve spojení s výpočetní technikou jsou velmi efektivním nástrojem. Na druhé straně je při aplikaci simulačních prostředků nutná jejich kalibrace a verifikace, aby získané výsledky byly věrohodné. To však není možné u stokových systémů, které jsou teprve ve fázi návrhu. Kombinace racionální metody s použitím simulačních prostředků se zdá být budoucí cestou při návrhu stokových systémů, kde návrhových kritériem bude spolehlivost stokové sítě namísto periodicity deště.

Matematické modelování objektů stokové sítě

Autor: Ing. Jaroslav Pollert ml.
Obhájeno: 2004
Školitel: Doc. Ing. Zdeněk Koníček

Práce si vytkla za cíl shrnout dosavadní poznatky týkající se modelování proudění na základě turbulentních modelů s praktickým zaměřením na objekty stokové sítě. Předpokládaná problematika zahrnuje matematickou část, základní problematiku objektů na stokové síti a dále teoretickou část řešení problémů až po praktické ukázky z hotových prací, které dokazují možnosti matematického modelování ve spolupráci s výpočetní technikou. V závěru práce jsou shrnuty veškeré základní poznatky, včetně shrnutí a zdůraznění některých doporučení pro matematické modelování. Ze závěru též můžeme vyčíst, které informace z matematického modelování můžeme dostat a tudíž, jaké výsledky můžeme požadovat a jaké ne.

Při práci bylo využito nejnovějších poznatků z oblasti modelování proudění. Většina poznatků je čerpána z internetu, protože vývoj v této mladé oblasti se vyvíjí velmi rychlým tempem. Internet obecně v poslední době znamená přístup k ohromnému množství informací a až k tak velkému, že vyznat se v tomto množství a roztřídit užitečné od neužitečného je problém. Většinou najdeme větší množství informací, než jsme schopni absorbovat.

Matematické modelování jako celek prochází velkým rozmachem a je příslibem hlavně do budoucna, kdy výpočetní technika začíná zastávat řadu funkcí lidské činnosti. Pomáhá posuzovat a rozhodovat, ale na druhé straně dnes již 99,99% lidí ani neví co se uvnitř počítače děje, proč a jak se spočítalo to či ono. Ani to ve většině případů není potřeba, lidská společnost je rozdělena na specialisty z různých oblastí a ostatní jen přejímají výsledky práce druhých. Proto je důležitá práce v týmu, kdy spolupráce hraje základní roli při tvorbě výsledku.

Tato práce by měla shrnout poznatky avizované z oblasti komplexně, ale pokud jsou výsledky přejímány pro další činnost není nutné znát dopodrobna všechno. Důležité je vědět co jsou základní vstupy potřebné pro práci, jaké jsou použity matematické modely, nakolik odpovídají posuzovaným jevům a které výstupy je možné očekávat jako výsledek. Vše uvnitř je pak jen "black box". Výsledek pak musí být srozumitelný a jasný i pro člověka v oblasti nevzdělaného.

Hydraulika stokových sítí - kritéria transportu sedimentu

Autor: Ing. Pavel Koudelák
Obhájeno: 2001
Školitel: Prof. Ing. Jaroslav Pollert, DrSc.

Úloha městského odvodnění ve vodohospodářském plánování

Autor: Ing. Jan Krejčík
Obhájeno: 2000
Školitel: Doc. Ing. Zdeněk Koníček, CSc.
Teze disertační práce (pdf, 105 kB)