red. prof. dr. Jure Ravnik

Predstojnik Raziskovalnega inštituta za strojništvo, Vodja Laboratorija za prenosne pojave v tekočinah in trdninah

E-pošta: jure.ravnik@um.si

Predstavitev PKP projekta

MODRAS - Uporabnost odprtokodnih geografskih informacijskih sistemov za upravljanje površinskih voda

Obseg projekta : 5 mesecev, 8 študentov, 200 delovnih ur

Mentorji:

  • Timotej Mišič, VGB - Vodnogospodarski biro Maribor d.o.o. (www.vgb.si),
  • izr. prof. dr. Igor Žiberna iz Filozofske fakultete in
  • red. prof. dr. Jure Ravnik iz Fakultete za strojništvo.

Upravljanje površinskih voda, še posebej poplavne nevarnosti, se je bolj kot kdajkoli prej znašlo med različnimi interesi, ki so si mnogokrat navzkrižni. Pri tem se sooča še s klimatskimi spremembami, ki so h komponenti »klasičnih« upravljavskih problemov močno poudarili tudi dimenzijo časovnih sprememb hidroloških dejavnikov, ki posledično vplivajo na škodljivo delovanje površinskih voda. Leta 2007 je stopila v veljavo t.i. »Poplavna direktiva« (Direktiva 2007/60/ES Evropskega Parlamenta in Sveta, z dne 23. oktobra 2007 o oceni in obvladovanju poplavne ogroženosti), ki ima za cilj zmanjšati ogroženost in škodljive posledice poplav v Evropski uniji. Slovenija je direktivo implementirala v svojo zakonodajo, posledica česar je obvezno opredeljevanje in kvantificiranje poplavne nevarnosti v prostorskem načrtovanju. V praksi se to izvaja z matematičnimi modeli in različnimi prostorskimi vhodnimi podatki, pri katerih pa se sedaj v glavnem uporablja draga licenčna orodja.

Znotraj EU spodbujajo informacijska in komunikacijska tehnološka orodja (ICT strategy), ki bodo v bodoče lahko zagotavljala nova delovna mesta na področju upravljanja z vodami in vse bolj velja podpora odprtokodnim sistemom, ki ne potrebujejo dragih licenc, omogočajo pa širšo uporabnost in s tem tudi večji razvoj. To znanje je pomembno za mlade generacije, ki šele stopajo na trg dela na tem področju. Operativni cilj projekta bo izdelati metodologijo znotraj odprtokodnega GIS orodja QGIS za pripravo vhodnih prostorskih podatkov in z njegovim vtičnikom HEC-RAS prikazati možnost hidravličnega matematičnega modeliranja. Projekt bo povezal na eni strani sistematično zbiranje geografskih, pedoloških, meteoroloških in hidroloških podatkov iz različnih virov in vključevanje le-teh v geograf. informacijski sistem. Na drugi strani pa uporabo teh podatkov v matematičnih modelih, vse znotraj GIS orodja. Predvidena je primerjava rezultatov z licenčnimi orodji, tako v kvaliteti rezultatov, porabi časa in stroškov.

Projekt rešuje del problema zagotavljanja trajnostnega upravljanja s poplavno nevarnostjo in upravljanja površinskih vodotokov z izdelavo metodologije potrebnih okoljskih podatkov ter njihove uporabe, shranjevanja in obdelovanja za potrebe vključenega matematičnega modeliranja. Opravljen bo pregled možnih orodij in podane njihove pomanjkljivosti in prednosti. Sama metodologija pa se bo osredotočila na predprocesiranja podatkov (na osnovi geoinformacijskega sistema QGIS) in vanj vključenega matematičnega modeliranja (na osnovi hidravličnega modela, HEC-RAS). Tako zastavljena metodologija lahko omogoča hitro prilagajanje rezultatov modeliranja za oceno pretokov v vodotokih tako spremembam v prostoru kot tudi spremembi hidrologije zaradi klimatskih sprememb.

Projekt bo vključeval naslednje aktivnosti:

  • pregled možnih orodij za GIS okolje in za numerično modeliranje, ocena njihovih prednosti in pomanjkljivosti, predlog osnutka metodologije za trajnostno rabo površinskih voda kot obnovljivega vodnega vira;
  • zbiranje geoloških, geografskih in podnebnih podatkov na obravnavanem območju;
  • analiza trenda relevantnih podnebnih elementov (temperatura zraka, višina padavin, evapotranspiracija, vodna bilanca, pogostost nalivov),
  • analiza sprememb rabe tal in evapotranspiracijskega potenciala ter s tem povezane vodne bilance,
  • vnos in obdelava zbranih podatkov v geografskem informacijskem sistemu QGIS, priprava podatkov za uporabo pri izdelavi matematičnega modela površinske vode, dopolnitev osnutka metodologije z navodili o pripravi tovrstnih podatkov za matematično modeliranje;
  • zbiranje hidrogeoloških podatkov in priprava konceptualnega modela vodotoka, dopolnitev osnutka metodologije s pristopom zbiranja in obdelave hidrogeoloških podatkov, smernice za izdelavo konceptualnih modelov povodij; 
  • izdelavo, kalibracijo in validacijo modela toka površinske vode, dopolnitev osnutka metodologije s smernicami matematičnega modeliranja;
  • uporabo izdelanega modela za simuliranje razmer ob različnih okoljskih in klimatskih scenarijih;
  • izdelavo zaključne verzije metodologije z vsemi potrebnimi ključnimi elementi ter smernicami za nadaljnje delo.

V te projektne aktivnosti je vključena organizacija iz gospodarstva – VGB, ki je eno od vodilnih podjetij na področju upravljanja z vodami v Sloveniji, tako na področju projektiranja konkretnih projektov kot na področju raziskav in razvoja. Glede na svoje predhodne aktivnosti ima podjetje veliko bazo podatkov, predvsem kar se tiče površinskih voda in jih lahko ponudi študentom v obdelavo. Prav tako VGB trenutno orje ledino pri uporabi odprtokodnih sistemov, ki ne potrebujejo dragih licenc, a so strokovno enakovredni komercialnim proizvodom. Strokovnjakom VGB se zdi pomembno, da se predvsem študenti spoznajo s tovrstnimi orodji, konkretnimi problemi našega prostora in se pripravijo na svojo poklicno pot.

Kvalitetno modeliranje pretokov v površinskih vodotokih zahteva predvsem dvoje: kvalitetno in strokovno ustrezno pripravo vhodnih prostorskih podatkov (predprocesiranje), ter strokovno ustrezno modeliranje (procesiranje). Po našem mnenju sta geografija, s svojimi geografskimi in podnebnimi podatki, ter tehniško varstvo okolja, s svojim inženirsko matematičnim pristopom in modeliranjem, lahko tista ključna stebra, v okviru katerih lahko študentje pod mentorstvom pripravijo metodologijo za konsistentno izdelavo matematičnega modela površinskega vodotoka in se jim tako omogoči znanja, ki jim bodo lahko koristila tako tekom študija kot ob iskanju zaposlitve v vodnem gospodarstvu.

Metodologija se bo testirala na testnem odseku vodotoka Trnava v občini Ormož. Za ta testni primer smo se odločili, ker zanj že obstaja veliko obstoječih podatkov, kar omogoča študentom, da se v danem projektnem času osredotočijo na samo metodologijo, GIS obdelavo podatkov, relevantne podnebne spremenljivke in numerično modeliranje ter ob zaključku še na primerjavo rezultatov s prehodno uporabljenimi licenčnimi orodji (npr. MIKE 21). Glede na vključeno modeliranje in program HEC-RAS je projekt dobil akronim MODRAS.

Za več informacij in prijave na projekt pišite na jure.ravnik@um.si.

Spletne povezave: