Ciele projektu

Hydroekologické systémy zahŕňajú inovatívnu sivú a zelenú infraštruktúru, ako je napríklad systém priestorovo rozmiestnených detenčných nádrží alebo renaturácia mokradí ako miestnych opatrení na zadržiavanie vody. Konvenčná frekvenčná analýza extrémov a plánovanie hydroekologických systémov založené na časových radoch boli donedávna založené a stále sa opierajú o princíp stacionarity. Tieto metódy však vzhľadom na prebiehajúce a očakávané postupné zmeny vo využívaní krajiny a klímy nemusia zabezpečiť požadovanú presnosť, potrebnú spoľahlivosť a bezpečnosť hydroekologických systémov počas celej ich budúcej životnosti. Hoci existujú nové metódy nestacionárnej frekvenčnej analýzy, uplatňujú sa len na obmedzené problémy plánovania, väčšinou hydraulických stavebných systémov (napr. stavby na vypúšťanie povodní). Pre plánovanie založené na simulácii časových radov, keď sa postupne menia stochastické vlastnosti riadiacich hydrometeorologických časových radov a vlastnosti povodia, chýbajú rámce na plánovanie a vyhodnocovanie neistoty systému a rizika porúch (napr. rôznych objemov na obnovu ekosystému a spomalenie odtoku).

Zámerom projektu je preto vytvoriť vedecký základ pre budúci súbor metodík a modelov na zlepšenie hodnotenia výkonnosti hydroekologických systémov v meniacich sa hraničných podmienkach v jedinečnom prostredí slovenských Karpát. Projekt sa zameria najmä na vytvorenie vedeckého základu pre plánovanie pomocou simulácie hydroekologických systémov založenej na časových radoch s využitím súčasných stochastických a deterministických metód modelovania na imitáciu nestacionarity pomocou pomaly a postupne sa meniacich podmienok prostredia. Predpokladá sa, že práve takýto postup umožní vytvorenie požadovaného simulačného rámca. Základným predpokladom je, že nestacionárny režim hydrometeorologických procesov možno považovať za odraz pomalých krokových kvázi stacionárnych období, ktoré sú v simulačných štúdiách reprezentované postupnosťou primerane parametrizovaných simulovaných časových radov vytvorených modelmi pozostávajúcimi z generátorov počasia prepojených so zrážkovo-odtokovými modelmi. Na rozdiel od konvenčne používaných jednorozmerných štatistických metód navrhujeme na opis týchto krokovo stacionárnych periód použiť viacrozmerné modelovanie závislosti založené na kopulách. Na zabezpečenie toho, aby výstupy koncepčných zrážkovo-odtokových modelov a stochastických generátorov počasia mohli kopírovať zmeny závislostí v pozorovaných časových radoch, je potrebné vyvinúť nové modely a spôsoby ich parametrizácie. Na vytvorenie poznatkov potrebných na odhad dlhodobej účinnosti takýchto systémov v meniacich sa podmienkach je potrebný ucelený, integrovaný súbor simulačných nástrojov založených na diaľkovom prieskume (satelitné a laserové skenovanie, digitálna fotogrametria, ultrazvukové snímanie atď.), terénnych prieskumoch, zbere údajov a metód novej štatistickej analýzy údajov a prístupoch hydrologického a hydraulického matematického modelovania. Na identifikáciu časových fluktuácií vnútorných závislostí v hydrometeorologických časových radoch v pomaly sa meniacom prostredí a na pomoc pri identifikácii ich príčin sa bude testovať a implementovať jedno- a viacrozmerná štatistika a vyvinú sa vhodné stochastické generátory počasia. Tieto a nové zrážkovo-odtokové a povodňové hydrologické modely budú integrované a použité na simuláciu súborov základných a predpokladaných budúcich hydrometeorologických časových radov vyhodnotenie ich výkonnosti a posúdenie neistoty. Plánovanie v pilotných povodiach projektu ukáže, ako na základe súborov simulácií posúdiť neistoty a riziká zlyhania hydroekologických systémov. Takéto nové informácie a zdroje poznatkov by pomohli, aby sa tieto environmentálne vhodné zásahy využívajúce hydroekologické systémy stali širšie akceptovanými a efektívnejšími.