Zrównoważone zarządzanie zlewnią

zbiornika Dobczyckiego

Spotkanie w ramach projektu SaLMaR

25 czerwca 2013, 10:00

Ośrodek Jałowcowa Góra, Dobczyce

PROGRAM

10:00 Wprowadzenie i prezentacja projektu SaLMaR (Tomasz Bergier)

10:20 RBIS Dobczyce (Beata Hejmanowska)10:40 Modelowanie w SaLMaR (Wojciech

Drzewiecki)

11:00 Przerwa kawowa

11:15 Praca w grupach tematycznych (metodą World Cafe)

Sustainable Land and Water Management of Reservoir Catchments (SaLMaR)PREZENTACJA PROJEKTU

Dr inż. Tomasz BergierKatedra Kształtowania i Ochrony ŚrodowiskaWydz. Geodezji Górniczej i Inżynierii ŚrodowiskaAGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie

TŁO PROJEKTU

FINANSOWANIE

Polsko-niemiecka współpraca na rzecz zrównoważonego rozwoju Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego Bundesministerium für Bildung und Forschung

CZAS TRWANIA: 3 lata (zakończenie w 2015)

POLSKA Instytut Technologiczno-Przyrodniczy, Małopolski Ośrodek

Badawczy w Krakowie Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Główny Instytut Górnictwa w Katowicach ProGea-Consulting w KrakowieNIEMCY Friedrich-Schiller-Univerität Jena Helmholtz Centre for Environmental Research w Lipsku Codematix GmbH w Jenie GDS GmbH w Jenie

KONSORCJUM

ZLEWNIE PROJEKU

POLSKA

Zbiornik Dobczycki

Czorsztyn-Sromowce Niżne

Dziećkowice

NIEMCY

Weida-Zeulenroda

ZLEWNIE PROJEKU

PAKIETY ROBOCZE

1. Implementacja RBIS: system komputerowy o funkcjonalności GIS, platforma wymiany informacji pomiędzy zarządzającymi zlewnią.

2. Zintegrowana ocena (ISA) i analiza dynamiki zjawisk hydrologicznych i społeczno-ekonomicznych, w szczególności: procesów kształtujących obieg wody i zanieczyszczeń, trendów przemian społecznych, urbanistycznych itp.

3. Zastosowania teledetekcyjnych technik lotniczych (hiperspektralnych i termicznych) i satelitarnych do identyfikacji niezorganizowanych źródeł zanieczyszczeń.

4. Zastosowanie i rozwój modelu J2000-S do modelowania dynamiki krążenia wody i transportu zanieczyszczeń.

PAKIETY ROBOCZE

5. Zbudowanie zestawu kluczowych wskaźników opisujących krążenie wody oraz transport zanieczyszczeń, a także rozwój społeczno-ekonomiczny, z uwzględnieniem przewidywanych zmian klimatu.

6. Stworzenie scenariuszy (‘what-if?’ = ‘co-jeśli’) opisujących przewidywane trendy w użytkowaniu terenu i zmiany klimatyczne (integracja pakietów 2 i 5) z udziałem interesariuszy i ekspertów. Wprowadzenie ich do RBIS.

7. Modelowanie scenariuszy za pomocą J2000-S.8. Stworzenie ILWRM uwzględniającego wszystkie powyższe

elementy (strategie, trendy, scenariusze). Rozbudowa RBIS o wymagane procedury w celu stworzenia systemu wspomagania decyzji.

CEL PROJEKTU

Stworzenie Zintegrowanego Systemu Zarządzania Zlewnią i Zasobami Wodnymi (ang. ILWRM) m.in. dla zlewni Zbiornika Dobczyckiego z wykorzystaniem: przestrzennej bazy danych środowiskowych RBIS modelu komputerowego J2000-S hiperspektralnych i termalnych technik teledetekcyjnych pomiarów in-situ współpracy z interesariuszami i ekspertami

Sustainable Land and Water Management of Reservoir Catchments (SaLMaR)

Drivers (D)(czynniki sprawcze)

Zmiany klimatu, rozwój społeczno-ekonomiczny, polityki

i trendy sektorowe, zmiany użytkowania

D Wskaźniki

Pressures(P)(presja)

Bezpośrednie oddziaływanie na środowisko, presja na zasoby

lądowe i wodne (np. eutrofizacja)

P Wskaźniki

State (S)(stan)

Obserwowany stan środowiskaPoziom zanieczyszczeńWykorzystanie zasobów

Turystyka

S Wskaźniki

Responses (R)(reakcja)

Reakcja społeczeństwa na problemy

Powstałe na bazie scenariuszy strategie działania (ILWRM)

R Wskaźniki

Impacts (I)(wpływ)

Wpływ zmian środowiska na efekty działalności człowieka

Degradacja zasobówWystępowanie zjawisk

ekstremalnychBariery rozwoju

I Wskaźniki

DSS

Ocena

Ocena

Modelowanie

Model systemu

Sprzężenia zwrotneWalidacja strategii

SaLMaRRIVER BASIN INFORMATION SYSTEM (RBIS) DLA ZLEWNI ZBIORNIKA DOBCZYCKIEGO

Dr hab. inż. Beata Hejmanowska, prof. AGHKatedra Geoinformacji, Fotogrametrii i Teledetekcji ŚrodowiskaWydz. Geodezji Górniczej i Inżynierii ŚrodowiskaAGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie

River Basin Information System RBIS

River Basin Information System RBIS strona internetowa

River Basin Information System RBISaplikacje

River Basin Information System RBISStacje pomiarowe

River Basin Information System RBISStacje pomiarowe

River Basin Information System RBISStacje pomiarowe

River Basin Information System RBISgeodane

River Basin Information System RBISgeodane - ortofotomapa

River Basin Information System RBISgeodane - zlewnia

River Basin Information System RBISgeodane -

River Basin Information System RBISgeodane -

River Basin Information System RBISgeodane -

River Basin Information System RBISdane hydrologiczne

River Basin Information System RBISdane meteorologiczne

River Basin Information System RBISjakość wód

River Basin Information System RBISgeodane

Mapa topograficzna- 6 arkuszy map w układzie 1992 w skali 1:50 000 - 59 arkuszy map w skali 1:10 000

Mapa Sozologiczna i Hydrograficzna Polski w skali 1:50 000 w wersji cyfrowej w formacie MapInfo Szczegółowa Mapa Geologiczna Polski w skali 1:50 000 w postaci wydruku offsetowego Szczegółowa Mapa Geologiczna Polski w skali 1:50 000 w postaci cyfrowe w formacie geotiff wraz z objaśnieniami Szczegółowa Mapa Geologiczna Polski w skali 1:50 000 w formacie ArcView (*.shp) wraz z objaśnieniami

River Basin Information System RBISgeodane

Mapa Hydrogeologiczna Polski w skali 1:50 000 wersji cyfrowej ArcView (*.shp) wraz z objaśnieniami

Mapa Geośrodowiskowa Polski w skali 1:50 000 w wersji cyfrowejArcView (*.shp) wraz z objaśnieniami

Mapa Litogenetyczna Polski w skali 1:50 000 w wersji cyfrowej (*.tiff)

Mapa Hydrogeologiczna Polski, Pierwszy Poziom Wodonośny – Występowaniei Hydrodynamika w skali 1:50 000 w wersji cyfrowej ArcView (*.shp)

Mapa Hydrogeologiczna Polski, Pierwszy Poziom Wodonośny – Wrażliwość na Zanieczyszczenie i Jakość Wód w skali 1:50 000 w wersji cyfrowej ArcView (*.shp)

Baza Danych Obiektów Topograficznych w skali 1:10 000 w wersji cyfrowej ArcView (*. shp)

River Basin Information System RBIS

Dziekuje za uwagę

Nowe dane

potrzeby

pomysły

SaLMaRROLA MODELOWANIA W PROJEKCIE

Dr inż. Wojciech DrzewieckiKatedra Geoinformacji, Fotogrametrii i Teledetekcji ŚrodowiskaWydz. Geodezji Górniczej i Inżynierii ŚrodowiskaAGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie

Modelowanie – definicje

Reprezentacja procesu (Fowler, 1997) Formalny (matematyczny, fizyczny) opis zasadniczych

elementów problemu (Jeffers, 1988) Uproszczony obraz rzeczywistości – jako narzędzie do

rozwiązywania problemów (Jorgensen, 1994) Badanie procesów zachodzących w krajobrazie

(środowisku) przy użyciu algorytmów matematycznych w postaci kodu komputerowego (Burroughs, 1986)

Dotyczy zjawisk, które wykazują zmienność przestrzenną

Wynik modelowania zmienia się wraz ze zmianą lokalizacji

Model przestrzenny

Modele przestrzenne analizują zjawisko identyfikując zmienne zasadnicze dla jego opisania (wyjaśnienia) i dostarczając informacji o relacjach między tymi zmiennymi (wagi)

Są użyteczne dla przewidywania prawdopodobnego wpływu ewentualnych zmian czynników kontrolujących zjawisko

Cele modelowania przestrzennego

Pomoc w zrozumieniu rzeczywistego świata (eksperyment prowadzony w „cyfrowej wersji” rzeczywistości)

Wsparcie procesu planowania (pomoc w znalezieniu optymalnego rozwiązania)

Dostarczenie narzędzia prognostycznego dla zarządzania przestrzenią (co-jeżeli?)

Czytelna i łatwa w odbiorze wizualizacja – wykresy, mapy, dynamiczne prezentacje

Cele modelowania przestrzennego

Model J2000

Model J2000• zorientowany procesowo model o

parametrach rozłożonych przeznaczony do symulacji hydrologicznych

• reprezentuje najważniejsze procesy hydrologiczne w zlewni

Model J2000• modelowanie przeprowadzane jest

dla wydzielanych w obrębie zlewni jednostek przestrzennych (HRU – Hydrological Response Units)

• HRU określane są na drodze analiz GIS w oparciu o informacje o ukształtowaniu terenu, glebach, użytkowaniu i własnościach hydrogeologicznych

Model J2000

Model J2000• na wyjściu z modelu

otrzymujemy dane o odpływie w podziale na 4 rodzaje

Model J2000

Model J2000

Model J2000

Model J2000

Model J2000

Model J2000-Sstanowi rozszerzenie modelu J2000 o dodatkowe komponenty umożliwiające modelowanie procesów erozji oraz transportu biogenów

Model J2000-S

• modułowa platforma modelowania

• umożliwia tworzenie nowych modeli z wykorzystaniem istniejących modułów

• tworzenie nowych modeli odbywać się może na dwa sposoby:- poprzez wykorzystanie interfejsu graficznego do składania nowych modeli z istniejących modułów;- w oparciu o istniejące modele, poprzez zastępowanie odpowiednich modułów nowymi (lepiej pasującymi do posiadanych danych czy opartymi na innych modelach matematycznych)

JAMSJena Adaptable Modelling System

Zlewnia rzeki Gera

JAMSPrzykłady zastosowań

Zespół zbiorników Weida-Zeulenroda

• zbiorniki dostarczały wodę pitną dla mieszkańców wschodniej Turyngii

• zagrożeniem dla jakości wody były wysokie ładunki azotanów w wodach zasilających zbiornik

• zanieczyszczenia pochodziły ze źrodeł rolniczych

Cele projektu:

1. Identyfikacja rozproszonych obszarowych źródeł zanieczyszczeń

2. Modelowanie ładunku azotu docierającego do zbiornika

3. Optymalizacja stosowanych środków zapobiegawczych (kompensacja dla rolników)

JAMSPrzykłady zastosowań

• wyznaczono elementarne jednostki przestrzenne (HRU)

• zgromadzono dane hydrologiczne i meteorologiczne ze stacji pomiarowych oraz dane dotyczące stosowanych dawek nawożenia (w skali pola)

• przy użyciu modelu J2000-S wykonano modelowanie dynamiki azotu w zlewni, którego rezultatem był rozkład przestrzenny źródeł azotu docierającego do wód

JAMSPrzykłady zastosowań

• w celu określenia efektywności podejmowanych środków zaradczych przeprowadzono wielowymiarową analizę wrażliwości z zastosowaniem opartego na sieci neuronowej narzędzia HydroNet

• określono akceptowalne wielkości progowe ładunku azotu docierającego do zbiornika

• określono efektywność stosowania kompensacji oraz określono obszary priorytetowe dla jej stosowania

JAMSPrzykłady zastosowań

Sustainable Land and Water Management of Reservoir Catchments (SaLMaR)

Zamiast podsumowania (na podst: Petit, 2008):

All models are wrong; some models are useful (“Cox’s Law”)

Wszystkie modele z definicji są złe (niepełne), w tym sensie, że ignorują pewne aspekty rzeczywistości

Istotne jest to, czy dany model jest przydatny do określonego celu

Sustainable Land and Water Management of Reservoir Catchments (SaLMaR)

Zamiast podsumowania (na podst: Petit, 2008):

Prediction is hard, especially about the future

Przewidywanie przyszłości jest bardzo trudne, a w zasadzie niemożliwe

Prognozy są zwykle chybione, często nawet bardzo

Próbujemy przewidywać przyszłość w oparciu o naszą wiedzę o przeszłości i teraźniejszości – ale nie jest to wiedza pełna

Musimy przyjmować założenia co do tego jak będzie kształtować się przyszłość

Sustainable Land and Water Management of Reservoir Catchments (SaLMaR)

Zamiast podsumowania (na podst: Petit, 2008):

Keep it simple, stupid (Program Apollo)

Zasada istotna zwłaszcza dla narzędzi, które mają być używane w praktyce

Istotne z punktu widzenia procesu decyzyjnego i partycypacji społecznej jest by model dostarczał zrozumiałych i szybkich odpowiedzi

Sustainable Land and Water Management of Reservoir Catchments (SaLMaR)

Zamiast podsumowania (na podst: Petit, 2008):

Use it because it’s BAD

Dostępne w praktyce dane są złe (ang. BAD), tj. niekompletne i niedokładne

Musimy ich jednak używać gdyż jednocześnie są to najlepsze dane do jakich mamy dostęp (ang. BAD - the best available data)

Stosowane modele komputerowe powinny wykorzystywać dostępne dane w możliwie najlepszy sposób

Sustainable Land and Water Management of Reservoir Catchments (SaLMaR)

Zamiast podsumowania (na podst: Petit, 2008):

Technology is not the answer

Modele komputerowe, nawet najlepsze, to jedynie narzędzia

DODATKOWE INFORMACJE

Projekt SaLMaR

http://www.geoinf.uni-jena.de/7659.0.html?&L=2

RBIS

http://www.geogr.uni-jena.de/index.php?id=7340&L=2

Model J2000-S

http://ilms.uni-jena.de/ilmswiki/index.php/Main_Page

Przykładowy RBIS zrealizowany przez FSU Jena

http://leutra.geogr.uni-jena.de/kosiRBIS/metadata/start.php

WARSZTATYGrupy tematyczne

1. Dane meteorologiczne, hydrologiczne, przestrzenne itp., które są dostępne dla zlewni (Wojciech Drzewiecki + Katarzyna Bernat).

2. Najważniejsze wyzwania w gospodarowaniu zlewnią Dobczyc: kierunki badawcze, tematy do modelowania i analizowania, kluczowe scenariusze, szanse i zagrożenia (Tomasz Bergier + Ewelina Wojtas)

3. Funkcjonalność portalu internetowego RBIS Dobczyce, tworzonego w ramach projektu(Beata Hejmanowska + Mateusz Sawczak)