Modelovanie možných scenárov vývoja hydrologických extrémov na základe senzorových dát a klimatických projekcií

Školiteľ: prof. Ing. Dušan Igaz, PhD.

Pracovisko: Ústav krajinného inžinierstva

Študijný odbor: Poľnohospodárstvo a krajinárstvo

Študijný program: Krajinné inžinierstvo

Forma štúdia: denná

Tézy:

Hydrologické extrémy, ako sú povodne a suchá, predstavujú rastúcu hrozbu v dôsledku klimatických zmien a variability hydrologických procesov. Téma dizertačnej práce sa zameriava na modelovanie možných scenárov vývoja hydrologických extrémov v povodí rieky Nitra s využitím senzorových údajov a klimatických projekcií. Hlavným cieľom je vyvinúť a overiť metodiku, ktorá umožní efektívnu integráciu údajov zo senzorovej siete s numerickými klimatickými modelmi na presnejšiu predikciu hydrologických rizík. Výskum sa sústredí na niekoľko kľúčových oblastí. Prvou je hodnotenie vplyvu klimatických zmien na hydrologický režim pôd v povodí rieky Nitra a analýza dlhodobých trendov vlhkosti pôdy. Ďalej sa rieši vývoj a aplikácia metodiky na zlepšenie plošných interpretácií senzorických meraní, pričom sa využívajú pokročilé interpolácie a priestorové analýzy. Osobitná pozornosť je venovaná riešeniu problému meraním nepokrytých miest v monitorovacej sieti a metódam dopĺňania chýbajúcich údajov v hydrologických rastroch. Súčasťou výskumu je validácia nových dátových zdrojov a ich integrácia do hydrologických modelov s cieľom zlepšiť presnosť predpovedí. Modelovanie dopadov klimatických zmien na vodný režim povodia umožní kvantifikovať budúce riziká a identifikovať najviac ohrozené oblasti. Na základe týchto zistení budú navrhnuté adaptačné opatrenia na zmiernenie negatívnych dôsledkov hydrologických extrémov. Očakáva sa, že výsledky tejto práce prispejú k efektívnejšiemu manažmentu vodných zdrojov, zlepšeniu hydrologických predpovedí a poskytnú podklady pre rozhodovanie v oblasti vodného hospodárstva a environmentálnej politiky.

Zdôvodnenie:

Hydrologické extrémy predstavujú významnú environmentálnu a spoločenskú výzvu, pričom ich frekvencia a intenzita sa v dôsledku klimatických zmien zvyšujú. Povodie rieky Nitra je vystavené rastúcemu riziku sucha a povodní, čo si vyžaduje presnejšie modelovanie a predikciu hydrologických procesov. Napriek existencii monitorovacej siete stále pretrvávajú dátové medzery a metodické výzvy v oblasti interpolácie a analýzy senzorových údajov. Táto práca umožní efektívnejšiu integráciu moderných senzorových technológií a klimatických projekcií do hydrologických modelov, čím prispeje k zlepšeniu predpovedí a návrhu adaptačných opatrení. Výsledky môžu podporiť rozhodovacie procesy v oblasti vodného hospodárstva a pomôcť pri zmierňovaní dôsledkov hydrologických extrémov v regióne.

Finančné krytie:

VEGA1/0021/22 Možnosti zlepšenia environmentálnych a agronomických parametrov pôd reaplikáciou biouhlia, NFP401101C167 Vývoj inteligentnej platformy pre integrované a adaptívne modelovanie a manažment vodných zdrojov v urbánnom a prirodzenom prostredí povodia

Modeling Possible Scenarios of Hydrological Extremes Based on Sensor Data and Climate Projections

Supervisor: prof. Ing. Dušan Igaz, PhD. Department: Institute of Landscape Engineering Field of Study: Agriculture and Landscape Management Study Program: Landscape Engineering Form of Study: Full-time

Theses:

Hydrological extremes, such as floods and droughts, represent an increasing threat due to climate change and variability in hydrological processes. This dissertation focuses on modeling possible scenarios of hydrological extremes in the Nitra River basin using sensor data and climate projections. The main objective is to develop and validate a methodology that enables the effective integration of data from sensor networks with numerical climate models for more accurate hydrological risk prediction. The research is centered on several key areas. The first involves assessing the impact of climate change on the hydrological regime of soils in the Nitra River basin and analyzing long-term soil moisture trends. Another focus is the development and application of methodologies to improve spatial interpretations of sensor measurements using advanced interpolation techniques and spatial analysis. Special attention is given to addressing gaps in the monitoring network and methods for filling missing data in hydrological rasters. The research also includes validation of new data sources and their integration into hydrological models to improve forecast accuracy. Modeling the impacts of climate change on the water regime of the basin will enable the quantification of future risks and the identification of the most vulnerable areas. Based on these findings, adaptation measures will be proposed to mitigate the negative consequences of hydrological extremes. The expected results of this research will contribute to more effective water resource management, improved hydrological forecasting, and provide a basis for decision-making in water management and environmental policy.

Rationale:

Hydrological extremes pose a significant environmental and societal challenge, with their frequency and intensity increasing due to climate change. The Nitra River basin faces a growing risk of droughts and floods, necessitating more precise modeling and prediction of hydrological processes. Despite the existence of a monitoring network, data gaps and methodological challenges in interpolation and sensor data analysis persist. This research will facilitate the efficient integration of modern sensor technologies and climate projections into hydrological models, improving forecasts and adaptation strategies. The results may support decision-making in water management and help mitigate the impacts of hydrological extremes in the region.

Financial Support:

· VEGA 1/0021/22 – Possibilities for Improving Environmental and Agronomic Soil Parameters through Biochar Re-Application

· NFP401101C167 – Development of an Intelligent Platform for Integrated and Adaptive Modeling and Management of Water Resources in Urban and Natural Watershed Environments