Batymetrický model vodního toku pro potřeby hydrodynamického modelování

Ing. Luděk Bureš

Doctoral thesis

A river bathymetric model for hydrodynamic modeling

Abstract:

Topografická data hrají zásadní roli při hydrodynamickém modelování povodní. Pro tento účel je vyžadován vysoce přesný digitální výškový model (DEM) obsahující informace o morfologii říčního koryta (říční batymetrii). V současné době je dostupné velké množství topografických datových sad. Tyto sady se od sebe liší technologií jejich pořízení, prostorovým rozlišením, kvalitou batymetrické schematizace, vertikální a horizontální přesností. U DEM má na výsledky hydrodynamického modelování vliv zejména kvalita batymetrické reprezentace koryta toku.Tato práce se zaměřuje na: (a) posouzení dat DMR 5G jako zdroje topografických dat pro hydrodynamické modelování; (b) hodnocení kvality různých zdrojů batymetrických dat; (c) vývoj matematického modelu říční batymetrie.Ve všech částech práce je vždy hodnocena kvalita batymetrické reprezentace hodnocené datové sady a její vliv na výsledky hydrodynamického modelování. Kvalita batymetrické reprezentace je hodnocena na základě schopnosti DEM popsat tvar příčných profilů a výškový průběh podélného profilu. Pro určení vlivu na výsledky hydrodynamického modelování je hodnocena výsledná poloha hladiny a rozsah zátopového území. Toho hodnocení bylo provedeno pro 1D i 2D hydrodynamické modely. Odpovídající si modely se od sebe lišili pouze zdrojem batymetrických dat. Ostatní parametry byly zadány identicky.Výsledky poukazují na to, že data DMR 5G (LiDAR) nejsou schopna reálně reprezentovat batymetrii říčního koryta. Jejich využití je omezeno pouze na speciální případy. Kvalita batymetrické schematizace u dat DIAL je značně limitována turbiditou vody. Nejlepších výsledků dosahují SoNARové technologie. Velmi dobrých výsledků dosahovaly matematické modely říční batymetrie. Nově byl také představen model říční batymetrie (Bathy_supp) založený na analytických křivkách. Testování modelu Bathy_supp ukázalo, že v otázce kvality batymetrické schematizace koryta toku překonává jeho stávajícího konkurenta (CroSolver). Při hodnocení jejich vlivu na výsledky hydrodynamického modelování poskytovaly oba modely srovnatelné výsledky. Práce také poukázala na to, že vliv kvality batymetrické schematizace na výsledky hydrodynamického modelování klesá se zvětšením poměru zanedbané průtočné plochy koryta toku a celkové průtočné plochy daného příčného profilu při daném průtoku.

Abstract:

Topographic data play an essential role in hydrodynamic modeling of floods. For this purpose, a highly accurate digital elevation model (DEM) containing information on river bed morphology (river bathymetry) is required. A large number of topographic datasets are currently available. These topographic datasets differ in their technology of acquisition, spatial resolution, quality of bathymetric schematization, vertical and horizontal accuracy. In DEM, the accuracy of the hydrodynamic model results is strongly influenced by the quality of the bathymetric representation of the stream bed.This work focuses on: (a) assessing of DMR 5G data as a source of topographic data for hydrodynamic modeling; (b) evaluating the quality of the various sources of bathymetric data; (c) development of a mathematical model of river bathymetry.In all parts of the thesis, the bathymetric representation quality of a given dataset and its influence on the results of hydrodynamic modeling are always evaluated.The bathymetric representation quality to describe the shape of the cross section and the heights of the longitudinal profile is evaluated. To assess the impact on the results of hydrodynamic modeling, the water surface elevation and inundation area were evaluated. This was done for both 1D and 2D hydrodynamic models. The corresponding models differed only by the source of bathymetric data. The other parameters were entered identically.The results show that DMR 5G (LiDAR) data are not able to really represent river channel bathymetry. Their use is limited to special cases. The bathymetric quality of DIAL data is strongly limited by the water turbidity. SoNAR technologies achieve the best results. Mathematical models of river bathymetry achieved very good results. A new model of river bathymetry (Bathy_supp) based on analytical curves was also introduced. Testing has shown that, in terms of the quality of the bathymetric schematization, the Bathy_supp model outperforms its current competitor (CroSolver). In assessing their influence on hydrodynamic modeling results, both models gave comparable results. The work also pointed out that the influence of the quality of bathymetric reprezentation on the results of hydrodynamic modeling decreases as the ratio of the neglected flow area of the riverbed to the total flow area of a given cross-section at a given flow decreases.

Keywords

DEM, Batymetrie, Povodeň, Hydrodynamický model

Keywords

DEM, Bathymetry, Flood, Hydrodynamic model

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 3. 9. 2019

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Radek Roub, Ph.D.
• Reader: Petr Máca, Ph.D., doc. Ing., Zbyněk Mišák, externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Environmental Sciences

Doctoral programme / field:
Landscape Engineering / Environmental Modelling