Co je to model proudění podzemních vod  (hydraulický model)?

Modely jsou v nejširším významu zjednodušeným funkčním vyjádřením existujícího fyzikálního systému.

Pro případ hydraulických modelů bychom tuto definici mohli upřesnit v tom smyslu, že hydraulický model je v nejobecnější formě zjednodušenou funkční reprezentací reálného hydrogeologického systému sloužící k analýze chování systému jako celku i jeho dílčích komponent.

Význam termínu model je různorodý a závisí na kontextu, ve kterém je použit. Většina modelů přísluší do jedné z následujících kategorií:

  • kvalitativní popis procesů probíhajících v systému, např. formou schématu, slovního popisu
  • zjednodušená fyzikální reprezentace systému jako jsou například fyzikální modely z ekvivalentních materiálů, elektrické analogy, laboratorní experimenty aj.,
  • matematická reprezentace fyzikálního systému.

V dalším textu se budeme zabývat pouze třetí skupinou modelů, které mohou být vyjádřeny v matematické formě a zpracovány prostřednictvím výpočetních programů.

Každá studie různých aspektů hydrogeologických procesů, která není pouhým sběrem a tabelováním dat, zahrnuje modelování nejširším významu slova. Na úplném počátku si hydrogeolog zpravidla sestaví vlastní myšlenkový konstrukt o tom, jak daný systém funguje. Mluvíme o tzv. mentálním modelu. Na ten navazuje tzv. model koncepční, což je převedení mentálního modelu do podoby sdělitelné odborné veřejnosti. Jedná se zpravidla přesnější popis systému, který může mít různou podobu, typicky grafickou – grafy, blokdiagramy, řezy, mapky apod. doprovázenou textovým popisem. Součástí koncepčního modelu zpravidla je vymezení a geometrizace hydrogeologických jednotek (kolektorů, izolátorů), kvalifikovaný odhad jejich hydraulických parametrů, kvalitativní popis okrajových podmínek, definice zdrojů a propadů či nástin vodní bilance daného území. Posledním krokem je pak převod koncepčního modelu do modelu matematického, což je spojeno s prostorovou i časovou diskretizací řešeného území.

Matematické modelování se stává stále významnějším a efektivnějším prostředkem studia hydrogeologických procesů, neboť umožňuje aproximovat hydrogeologické a ostatní procesy v jejich vzájemné interakci na základě dostupných dat. V matematickém modelování lze vymezit dva základní přístupy k řešení problému: (1) přímé modelování a (2) inverzní modelování.

Při přímém modelování jsou parametry modelu (např. hydraulické vlastnosti kolektoru) stanovovány a hladiny a průtoky jsou následně na základě hodnot těchto parametrů vypočítávány. To vše navzdory tomu, že pro většinu modelovaných systémů je k dispozici mnohem více dat o hladinách, průtocích či směrech proudění než informací o parametrech modelovaného prostředí. Typicky jsou vstupní parametry upravovány v průběhu kalibrace metodou pokusu a omylu. Tento proces obvykle vede k akceptovatelné kalibrační chybě mezi pozorováním a simulací, avšak bývá časově náročný, přičemž nemusí vždy nalézt nejlepší shodu mezi terénními daty a daty vypočítanými, a už vůbec není schopen kvantifikovat nejistoty v hodnotách odhadovaných parametrů, potažmo ve výsledcích modelu.

S rostoucím výkonem výpočetní techniky se proto stále častěji používá inverzního modelování, které spočívá v opakovaném, systematickém a automatickém upravování parametrů modelu (hydraulických vlastností modelových vrstev či okrajových podmínek, dotace srážkových vod aj.) tak, aby výsledné proudové pole co nejlépe odpovídalo terénnímu pozorování (hladinám ve vrtech, průtokům ve vodních tocích atp.).

Scroll to Top