Hydrologický model BILAN

Model Bilan je vyvíjen více jak 15 let na oddělení hydrologie Výzkumného ústavu vodohospodářského T. G. Masaryka. Model počítá v denním či měsíčním časovém kroku chronologickou hydrologickou bilanci povodí či území. Vyjadřuje základní bilanční vztahy na povrchu povodí, v zóně aerace, do níž je zahrnut i vegetační kryt povodí a v zóně podzemní vody. Jako ukazatel bilance energie, která hydrologickou bilanci významně ovlivňuje, je použita teplota vzduchu. Výpočtem se modeluje potenciální evapotranspirace, územní výpar, infiltrace do zóny aerace, průsak touto zónou, zásoba vody ve sněhu, zásoba vody v půdě a zásoba podzemní vody. Odtok je modelován jako součet tří složek: dvě složky přímého odtoku (zahrnující i hypodermický odtok) a základní odtok (Tallaksen a van Lanen, 2004;  Horáček et al., 2009; Vizina et al., 2010; Vizina a Hanel, 2011).

• srážkové úhrny [mm]
• průměrné teploty
• průměrná vlhkost vzduchu [%]
• pozorované odtokové výšky [mm]
• užívání vody [mm/měsíc]
• potenciální evapotranspirace [mm]

Vyvinutá denní verze konceptuálního modelu hydrologické bilance Bilan, parametrizující hydrologické chování povodí, vychází z měsíční verze. Základní struktura modelu a principy výpočtu jsou shodné v denní i měsíční verzi, stejně jako to, že povodí jsou uvažována jako celistvá. Povodí je schematizováno na soustavu nádrží, vertikálně jsou rozlišeny tři úrovně – povrch, půdní zóna a zóna podzemní vody (viz obr. 13). Velikosti toků mezi jednotlivými nádržemi jsou určovány algoritmy modelu, které jsou řízeny šesti volnými parametry (o dva méně než v měsíční verzi), považovanými za časově invariantní. Společné pro obě verze je odlišení tří typů režimů závisejících na teplotě (zima, tání sněhu, léto) (Vizina, 2009).

Obr. 13: Schéma modelu hydrologické bilance Bilan

Pokud nejsou vstupní řady potenciální evapotranspirace zadány, jsou dopočítány na základě sytostního doplňku (pro danou teplotu a vlhkost vzduchu). K tomu se využívá metodiky (Gidrometeoizdat, 1976), která uvádí měsíční hodnoty pro různé vegetační zóny nebo pomocí výpočtu dle (Oudin et al., 2010; Beran et al.; 2011). Pro použití v denní verzi byly tyto hodnoty převedeny na denní pomocí interpolace zachovávající měsíční průměry. Obecně je bilance vody v určité nádrži počítána podle vztahu:

velikost zásoby vody S(d) je tedy pro daný den d zjištěna ze zásoby v předchozím dni S(d-1) a vstupů do nádrže IN(d) a výstupů z nádrže OUT(d) v aktuálním dni (Horáček et al., 2009).

Pro bilanci na povrchu půdy hrají zásadní roli vstupní srážkový úhrn a územní výpar, jehož velikost je určována podle potenciální evapotranspirace a množství dostupné vody (v létě se do ní zahrnuje také voda v půdním profilu). Intercepce je v bilanci uvažována jako součást vody v půdním profilu. V zimním období a při tání sněhu vstupuje do bilance na povrchu také zásoba vody ve sněhu. Z povrchu voda infiltruje do půdní zóny, kde plní nádrž s kapacitou, která je jedním z kalibrovaných parametrů. Při překročení této kapacity voda přetéká a následně je dělena do dvou lineárních nádrží. Odtoky z nich představují pomalou (základní odtok) a rychlou (přímý odtok) odezvu povodí. Celkový odtok je pak dán jejich součtem. Kromě odtokových dat poskytuje model výstupní časové řady zásob v jednotlivých nádržích a ve sněhu.