Hydrologické dny ve víru nových událostí a nových technologií

„V posledních několika letech jsme byli svědky extrémních projevů sucha. Epizody sucha střídaly lokální přívalové deště a teprve až v roce 2020 se situace začala pomalu zlepšovat. Proto je nutné stále hledat správné přístupy, jak se na oba tyto extrémy nejlépe připravit. Jak v dobách sucha zadržet a co nejlépe hospodařit s vodou v krajině a také jak využít povodní, a přitom minimalizovat škody,“ řekl na úvod zástupce pořadatele, ředitel brněnské pobočky Českého hydrometeorologického ústavu (ČHMÚ) Ing. Petr Janál, Ph.D., podrobněji seznámil s programem konference a zhodnotil její průběh.

Hydrologie a technologický pokrok

Hlavním cílem setkání je podle slov organizátorů hodnocení stávající úrovně hydrologie a projednání směru, kterým by se měl její další vývoj ubírat. V letošním roce byla diskutována tato témata: Technologický vývoj a jeho vliv na hydrologii; hydrologie a měnící se lidská společnost a její požadavky; česko-slovenská hydrologie ve víru globalizace; jak bude vypadat český a slovenský hydrolog budoucnosti. U řečnických pultů se v moderované diskusi střídali přední čeští a slovenští hydrologové a vodohospodáři i zástupci oboru hydroinformatiky. I v tomto oboru je patrné, že je nutné pracovat v daleko širším týmu odborníků, než bylo doposud zvykem. Jedná se především o odborníky se zaměřením na IT technologie, družicová a radarová měření, drony, přenosy dat IoT (internet věcí), crowdsourcing (dělba práce), netradiční zdroje dat, Big Data a další.

„Technologický rozvoj zásadně proměnil celou lidskou společnost, včetně hydrologie a vodního hospodářství. Bezdrátové přenosy dat, nové metody měření, IT technologie zpracování dat a další novinky mění podobu oboru jak v jeho vědecké, tak také operativní části. IT technologie měly za následek vznik nové odnože hydrologie – hydroinformatiky. Odhadování dalšího směru rozvoje je obtížnou disciplínou a představy, jak bude svět vypadat za 30 let, jsou často velmi vzdálené od skutečnosti. Přesto je nutné nové trendy sledovat a včas na ně reagovat,“ podotýká Petr Janál.

Diskuse s rozšířeným tématem a motivací

Konference představila nové způsoby zpracování dat, přemýšlelo se nad jejich využitelností pro aplikaci v hydrologii, diskutovaly se příležitosti, hrozby i negativa, posuzovala se otázka hydrologické měřící sítě z technologického pohledu a stanovovaly se směry rozvoje oboru. O tématech se nejenom diskutovalo a psalo, ale uváděly se i konkrétní projekty a řešení. Nabízela se i jistá srovnání…

„Ačkoliv odvětví hydrologie známé jako sociohydrologie je ve světě poměrně rozšířeným pojmem, v Česku zatím pro tento výzkum nebyl potenciál zcela naplněn. Důvody mohou být mnohé, ale tím nejzásadnějším je zcela jistě nesystematický sběr socioekonomických dat, s nimiž se v minulosti v hydrologii nepočítalo,“ uvedl ve svém příspěvku Ing. Vojtěch Svoboda, Ph.D., z ČHMÚ a dále pokračoval: „Jedním z úkolů našeho projektu je za využití dostupných socioekonomických dat, poskytujících informaci o pohybu či migraci obyvatel, určit míru exponovanosti společnosti vůči hydrometeorologickým extrémům při kombinování vytěžování těchto dat s informací získanou z klasických hydrologických dat (srážky, průtoky). Studium se zaměřuje na typické sezonní a denní cykly, přičemž přítomnost obyvatelstva v místě, kde v určité době hrozí zároveň s velkou pravděpodobností i výskyt extrému, je považována za zásadní pro vydání či přitvrzení výstrahy. Přes nedostatky týkající se hlavně kvality a dostupnosti socioekonomických dat, byl vytipován další směr výzkumu, kdy se předpokládá zlepšení situace díky tendenci k otevírání dat…“

Nutno dodat, že Český hydrometeorologický ústav je zákonem č. 254/2001 Sb. pověřen zajištěním výkonu předpovědní povodňové služby prostřednictvím distribuce výstrah a dalších informací pro povodňové orgány, integrovaný záchranný systém a další účastníky systému ochrany před povodněmi. V rámci Světové meteorologické organizace (WMO) podporuje koncept impact-based warnings, což je koncept výstražných informací, které zohledňují potenciální dopad na uživatele, nikoliv pouze intenzitu jevu. Výstražné informace musejí zahrnovat jak očekávanou intenzitu jevu, tak míru potenciálních dopadů na společnost vyjádřené celkovým rizikem dané události. Vyjádření míry potenciálních dopadů hydrometeorologických rizik na společnost a začlenění těchto informací do tvorby a vydávání výstrah je jedním z cílů projektu Hydrometeorologická rizika v České republice – změny rizik a zlepšení jejich predikcí (VI20192021166) v rámci Programu bezpečnostního výzkumu České republiky 2015–2022.

Lidé musí být včas informováni, voda jim patří

Internet a sociální sítě zásadně změnily způsob, jakým lidé přistupují k informacím, ale i jaká mají očekávání na fungování služeb a interakce s okolím. Hydrologie (hlavně monitoring a poznávání a vyhodnocování oběhu vody) je jedna ze služeb, která je poskytována veřejnosti prostřednictvím veřejné správy – musí se tedy modernizovat společně s důvěryhodnou a odpovědnou veřejnou a státní správou. Tímto směrem byly také formulovány otázky organizátorů konference…

„Aby mohla být hydrologie dlouhodobě úspěšným a věrohodným oborem, který bude vnímán jako významný pro odpovídající financování a podporu, musí i hydrologové znát a reagovat na případné změny očekávání zájmových stran. Ty tvoří nejen stát, ale i evropské a světové společenství, sousední státy, různé navazující a příbuzné obory akademického sektoru a veřejné správy, soukromé subjekty a veřejnost. Musíme se ptát, jak chce být veřejnost informována o riziku vzniku povodní a jak v případě hrozícího sucha, jaké informace potřebují firmy, jak voda ovlivní zemědělství, jaké potřebují multioborové vědecké týmy hydrologické vstupy pro posouzení – například rizik změn ekosystémů, nebo ekonomických systémů. A hlavně jakým způsobem můžeme zapojit společnost (laickou i poučenou) do sběru hydrologických dat (Citizen science; Crowd hydrology),“ podotýká Petr Janál.

Technologie ve službách lidí a pro jejich bezpečí

Zajímavé jsou určitě nejrůznější aplikace či nové inteligentní varovné systémy (VPS) – za všechny snad Google, který ve spolupráci s Indian Meteorology Department zpracoval první AI predikci rozlivů způsobených monzunovými dešti. JRC EU, SMHI, Deltares (a další) provozují globální hydrologické modely v reálném čase. Satelitní měření poskytují data o parametrech hydrologického režimu na celém světě ve stále rostoucím rozlišení pro stále rostoucí počet hydrologických prvků. Strategií WMO je Earth System Approach modelující planetu, jako jediný soubor procesů odehrávajících se v atmosféře, hydrosféře, oceánech, na povrchu i pod ním. Existují samozřejmě i hydrologické studie (např. dopadu změny klimatu) pro území Česka a Slovenska, které zpracovávají týmy z různých koutů světa.

„Globalizace, volný přístup k datům v návaznosti na tendenci otevírání dat a propojení celého světa zcela mění podmínky fungování nejen firem, ale i národních odborných organizací a společností. Je vhodné se zamýšlet, jak globalizace ovlivní českou a slovenskou hydrologii, a jakým směrem by se měla vydat, aby v uvedených podmínkách obstála i v budoucnost. Jakým způsobem se zapojovat do činností mezinárodních týmů kvůli lepšímu pochopení interakcí na regionální a globální úrovni, které zasahují tato území,“ dodává Petr Janál a jako dobrý příklad tuzemského VPS doporučuje varovný systém lokálních povodní založený na měření infiltrace srážek, který poskytuje chráněné oblasti dostatek času pro organizování adekvátních opatření, odlišující se od VPS založených na měření průtoku ve vodním toku, nebo od systémů globálních, jež nemohou dostatečně respektovat heterogenitu půdních vlastností.

Podrobněji o něm hovořil ve svém příspěvku doc. Ing. Zbyněk Kulhavý, CSc., (a kol.) z Výzkumného ústav meliorací a ochrany půdy (VÚMOP). Představil jej jako jednoduchý účinný nástroj s relativně nízkými pořizovacími náklady, nízkou náročností na provoz a údržbu, který je vhodný pro ochranu obcí a průmyslových objektů, v rizikových částech malých povodí, kde nelze úspěšně aplikovat jiné typy varovných systémů. VPS je schopen (dle výkladu Zbyňka Kulhavého) vyhodnotit riziko vzniku přívalové povodně v předstihu několika hodin, přičemž využívá výsledky přímého měření v konkrétních podmínkách stanoviště. Součástí VPS je dispečink s jednotlivě instalovanými měřícími terminály, který řídí provoz terminálních stanic automaticky – vzdálenou komunikací. Pro stanovení termínu a parametrů infiltračního/zadešťovacího testu používá postupy využívající data o nedávné i aktuální meteorologické situaci. Zadešťování probíhá konstantní nebo proměnlivou intenzitou, korespondující s predikovanou srážkou. Z výsledků provedeného infiltračního testu se získává kritický čas dosažení výtopy a parametry křivky rychlosti infiltrace. Během celého procesu stanovení rizika povodně jsou realizovány kontrolní testy, minimalizující případná falešná varování.

Ekologické a etické aspekty hydrologie

Změny klimatu vedou vodohospodářské odborníky ke studiu hydrologických procesů nejen v přirozených, ale také v městských povodích. Jedním z možných vhodných opatření k redukci odtékajícího množství srážkové vody, efektu tepelného ostrova a dalších nepříznivých efektů je budování zelených střech. Tématu se věnovala celá řada přednášejících. Jako nejvýraznější se jeví příspěvek od Ing. Vojtěcha Skaly a doc. Ing. Michala Dohnala, Ph.D. z Fakulty stavební ČVUT v Praze. Ti se dlouhodobě věnují modelování hydrologické odezvy zelených střech, přicházejí se zajímavými zkušenostmi a přinášejí i celou řadu nových výzev. Navrhují například nepřetržitý hydrometeorologický monitoring společně s numerickým modelováním hydrologického režimu zelených střech. Tvrdí, že lepší porozumění hydrologickému režimu zelených střech může vést k návrhu souvrství, která budou lépe plnit požadovanou funkci. Výzvami vyžadujícími další výzkum jsou pak antropogenní materiály používané na zelených střechách, extrémní klimatické podmínky panující na těchto střechách a adekvátnější implementace suchomilné vegetace do modelu. „Největší nejistoty jsou asociované s měřením hydrometeorologických veličin a zjednodušujícími předpoklady numerických modelů nebo absencí některých terénních měření. Prvky zelené infrastruktury často tvoří souvrství s nejasnou hydrologickou odpovědí. Nejčastěji se jedná o kombinaci drenážní vrstvy, geotextílie a použitého substrátu, antropogenního původu se značně rozdílnými vlastnostmi, než je běžné u přirozených půd…,“ dodávají tvůrci teorie.

Výzvou pro hydrologický model může být dle výkladu Vojtěcha Skaly i modelování umělých závlah na zelených střechách, korektní uvážení extrémních podmínek, které na těchto střechách panují, nebo zahrnutí vegetace s rozdílným mechanismem fixace uhlíku při fotosyntéze, než je běžné. Kalibrované numerické modely, schopné vypořádat se s těmito problémy, mohou být dle autorů vhodným nástrojem pro návrh skladby zelených střech, způsobu a režimu závlahy či odhad odtoku zatěžujícího kanalizační síť.

Hodnocení konference a pozvání na další akce

Předešlých osm ročníků se odehrálo formu klasické vědecké konference založené na prezentacích přihlášených příspěvků s cílem zmapovat současný stav oboru v Česku a Slovensku. Letos se organizátoři chtěli více zaměřit více na budoucnost a perspektivy hydrologie. Petr Janál z organizačního výboru konference hodnotí akci jako vydařenou a inspirující. „Současná situace nás donutila přesunout se do virtuálního prostředí. Nechtěli jsme se ale vzdát možnosti osobního setkání, byť v omezeném počtu. Kombinace osobní a virtuální účasti se ukázala být jako velmi výhodná a umožnila nám pružně reagovat i na měnící se situaci z hlediska covidových omezení,“ uvedl v rozhovoru.

Letošní akce probíhala v areálu Otevřené zahrady v Brně na Obilném trhu, kam fyzicky dorazilo dle odhadů organizátora v průběhu dvou dnů (9. a 10. září) okolo 35 až 40 účastníků. Dění se přenášelo na internet odkud konferenci sledovalo v průměru přes 200 dalších osob. Odborné prezentace byly tentokrát upozaděny a na samotné konferenci byly představeny vybrané přednahrané příspěvky. Hydrologické dny byly tentokrát spojeny s 29. konferencí podunajských států, která proběhla také jako kombinace virtuální konference a konference s fyzickou účastí.

„Účastníci mohli během diskuse pokládat otázky přes aplikaci a také mohli hlasovat pro již položené dotazy. Zájem o diskuse dokládá vysoký počet sledujících i množství položených otázek. Celkem bylo přes aplikaci položeno 88 otázek a uděleno 449 lajků. Z časových důvodů se na všechny otázky ani nedostalo. Měřeno optikou nejvyšší sledovanosti a nejvyšší aktivity sledujících se dá jako nejatraktivnější téma označit závěrečná diskuse nad otázkou, jak bude vypadat český a slovenský hydrolog budoucnosti,“ dodává na závěr Petr Janál, děkuje všem přednášejícím a zúčastněným a zve na další ročník konference. Ten se bude konat na Slovensku v roce 2025.

Všechny prezentace a postery jsou k dispozici na webových stránkách konference www.hydrologickedny.cz. 29. konferenci podunajských států, která proběhla také jako kombinace virtuální konference a konference s fyzickou účastí, lze sledovat na internetových stránkách www.danubeconference.eu.

Fotografie: organizátor konference Hydrologické dny 2021 Český hydrometeorologický ústav (ČHMÚ)