Vodohospodářské soustavy

Garant předmětu:

Pavel Fošumpaur

Přednášející:

Pavel Fošumpaur

Cvičící:

Pavel Fošumpaur

Předmět zajišťuje:

katedra hydrotechniky

Anotace:

Předmětový kurz obsahuje výklad systémových metod pro návrh a řízení vodohospodářských soustav. Definování systému, zobrazení systému, matematické modely. Základy programování. Optimalizační metody. Pravděpodobnostní metody. Základní typy rozdělení pravděpodobnosti. Statistické odvození návrhových hodnot hydrologických veličin. Metody modelování syntetických řad. Simulační modely. Metody umělé inteligence. Operativní řízení vodohospodářských soustav.

Požadavky:

- Aktivní účast na cvičeních.

- Zpracování a odevzdání správně a v úplnosti vyřešených úloh podle zadání.

Osnova přednášek:

1. Úvod do předmětu. Význam systémových a pravděpodobnostních metod ve vodním hospodářství. Systémové myšlení. Definování systému na vodohospodářské soustavě.

2. Matematické modely vodohospodářských soustav (VS). Úvod do simulačních modelů. Základy programování a tvorby algoritmů.

3. Optimalizační metody VS s příklady - 1. část. Lineární programování. Nederivační metody (simplexova metoda). Derivační metody (metoda největšího spádu, Newtonova metoda).

4. Optimalizační metody VS s příklady - 2. část. Nelineární programování. Dynamické programování. Vícekriteriální optimalizace.

5. Základní vlastnosti náhodných procesů ve vodním hospodářství. Typy rozdělení pravděpodobnosti procesů ve VH. Posouzení shody empirického a teoretického rozdělení. Pravděpodobnostní grafy. Stacionarita náhodného procesu.

6. Teorie odhadu. Základní metody pro určení parametrů. Metoda momentů. Metoda maximální věrohodnosti.

7. Stochastické metody určení N-letých průtoků a určení N-letých návrhových povodňových vln (PV). Vhodné typy rozdělení pravděpodobnosti, naše a zahraniční praxe.

8. Hydrologické sucho. Pravděpodobnostní charakteristiky minimálních průtoků (metoda nedostatkových objemů).

9. Deterministický přístup pro určení N-letých návrhových PV pomocí hydrologického modelu.

10. Simulační modely vodohospodářských soustav - ochranná funkce. Návrh a optimalizace parametrů retenčních nádrží a jejich funkčních objektů pomocí simulačních modelů.

11. Modelovaní náhodných průtokových řad. Modely Box-Jenkinsovy metodologie. Metoda fragmentů. Modelování náhodných průtokových řad v systému stanic. Metoda centrální a satelitních stanic. Metoda principiální komponenty.

12. Simulační modely vodohospodářských soustav - zásobní a energetická funkce. Algoritmy spolupráce více nádrží.

13. Základy umělé inteligence. Umělé neuronové sítě. Fuzzy množiny a fuzzy logika. Genetické algoritmy. Aplikace ve vodním hospodářství.

Osnova cvičení:

1. Základy tvory algoritmů

2. Úvod do programování (MATLAB)

3. Úvod do programování (MATLAB)

4. Algoritmus zásobní funkce nádrže a režimové funkce nádrže.

5. Lineární programování.

6. První plnění nádrže.

7. První plnění nádrže - pokračování.

8. Algoritmus pro tvorbu dispečerského grafu.

9. Optimalizace energetické funkce nádrže.

10. Stochastické metody.

11. Deterministický hydrologický model HEC HMS.

12. Simulační modelování VH soustav.

13. Povodňové riziko.

Cíle studia:

Cílem studia je osvojit si základní systémové a pravděpodobnostní metody používané pro koncepční úlohy navrhování a řízení vodohospodářských soustav.

Studijní materiály:

!Loucks, D. P., Beek, E. van. (2017). Water Resource Systems Planning and management: An introduction to methods, models, and applications. Springer.

!Nacházel, K., Patera, A., Přenosilová, E., Toman, M. Vodohospodářské soustavy, vydav. ČVUT Praha 1997.

!Votruba, L. a kol. Vodohospodářské soustavy, Nakl. techn. lit., Praha 1979.

!Karamouz, M., Szidarovszki, F., Zahraie, B. Water Resources Systems Analysis, Lewis Publishers, USA, 2003.

?Mimikou, M. A., Baltas, E. A., Tsihrintzis, V. A. (2018). Hydrology and Water Resource Systems Analysis. CRC Press.

?Jain, S. K., Singh, V. P. (2003). Water Resources Systems Planning and Management. Elsevier.

:Webové stránky předmětu jsou v systému Moodle ČVUT zde: https://moodle-vyuka.cvut.cz/course/view.php?id=6204

Poznámka:

Další informace:

Webové stránky předmětu jsou v systému Moodle ČVUT.

Rozvrh na zimní semestr 2023/2024:

	06:00–08:0008:00–10:0010:00–12:0012:00–14:0014:00–16:0016:00–18:0018:00–20:0020:00–22:0022:00–24:00
Po	místnost TH:A-230 13:00–15:50 (přednášková par. 1) Thákurova 7 (budova FSv) A230místnost TH:B-470 16:00–17:50 (přednášková par. 1 paralelka 101) Thákurova 7 (budova FSv) B470
Út
St
Čt
Pá

Rozvrh na letní semestr 2023/2024:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• obor Vodní hospodářství a vodní stavby (povinný předmět)
• Stavební inženýrství - vodní hospodářství a vodní stavby (povinný předmět)