The paper approaches problem of the flow forecasting for the Liptovska Mara reservoir with a hybrid modelling approach. The nonlinear hybrid modelling framework was investigated under the specific physiographic conditions of the High Core Mountains of Slovakia. The mean monthly flows of rivers used in this study are predominantly fed by snowmelt in the spring and convective precipitation in the summer. Therefore, their hydrological regime exhibits at least two clear seasonal patterns, which provide an intuitive justification for the application of nonlinear regime-switching time series models. Differences in the prevailing geology, orientation of slopes and their exposure to atmospheric circulation for the right and left-sided tributaries of the Vah River indicate that the hydrological regime of mean monthly discharge time series in this area with respect to seasonality and cyclicity may differ, too. Therefore, a simple deterministic water balance scheme was set up for estimating the reservoir inflow from the left and right-sided tributary flows separately. It consists of the linear combination of the measured tributary flows and estimated ungauged tributary flows. The contributions of the ungauged catchments were estimated from flows from gauged tributaries with similar physiographic conditions by weighting these by the ratio of the catchment areas. Separate nonlinear regime-switching time series models were identified for each gauged tributary. The forecasts of the tributaries were combined into a hybrid forecasting model by the water balance model. The performance of the combined forecast, which could better include the specific regime of the time series of tributaries, was compared with the single forecast of the overall reservoir inflow in several combinations. and V štúdii sme porovnávali kvalitu predpovede viacerých lineárnych a nelineárnych modelov časových radov pri predpovedaní prítokov do nádrže Liptovská Mara. Testovali sme výkonnosť modelov ARMA, SETAR na samotnej rieke Váh a v kombinácii jej prítokov do nádrže Liptovská Mara. Ďalej bol uplatnený jednoduchý deterministický model vodnej bilancie pre prítok do nádrže, ktorý pozostáva z lineárnej kombinácie meraných prietokov prítokov Váhu vážených plochou subpovodia. Výber analogónov sa vykonal vzhľadom na podobnosť fyzicko-geografických podmienok v meraných a nemeraných subpovodiach. Modely typu ARMA a SETAR boli zostavené pre každý prítok osobitne a predpovede prietokov na prítokoch boli skombinované modelom vodnej bilancie a do predpovede celkového prítoku do nádrže. Kombinovanú hybridnú predpoveď (stochasticko-deterministická), zachovávajúcu špecifický režim prítokov a vodnej bilancie v povodiach, sme porovnali s predpoveďou celkového prítoku do nádrže získanou pomocou modelov identifikovaných na hlavnom toku.
The paper introduces the test of aggregation as a simple, inexpensive method of evaluating suspension quality during drinking water treatment, suitable for use in both laboratory and operation conditions. The procedure and derivation of the aggregation test is described. The method is used for a demonstration of the influence of mean velocity gradient and mixing time on floc properties formed during the aggregation in a Couette reactor. It was proved that with increasing velocity gradient, the size of the aggregates present in the suspension decreases, and the suspension is substantially more homogeneous than with use of lower gradients. Further, it was confirmed that the size of aggregates reaches the steady state after a specific mixing time, which becomes shorter with increasing value of velocity gradient. and Příspěvek představuje test agregace jako jednoduchou a levnou metodu stanovení kvality suspenze při úpravě vody vhodnou pro použití v laboratorních i provozních podmínkách. Je popsán metodický postup i odvození testu agregace. Metoda je použita pro hodnocení vlivu středního gradientu rychlosti a doby míchání na vlastnosti vytvářených agregátů (vloček) při agregaci v Couettově reaktoru. Bylo prokázáno, že se vzrůstajícím gradientem se snižuje velikost agregátů přítomných v suspenzi a suspenze je značně více homogenní než při použití nízkých gradientů rychlosti. Dále bylo potvrzeno, že velikost agregátů dosahuje po určité době míchání stabilní hodnoty. Čas pro dosažení tohoto ustáleného stavu se zkracuje s rostoucí hodnotou použitého gradientu.
Thought experiments are frequently vague and obscure hypothetical scenarios that are difficult to assess. The paper proposes a simple model of thought experiments. In the first part, I introduce two contemporary frameworks for thought experiment analysis: an experimentalist approach that relies on similarities between real and thought experiment, and a reasonist approach focusing on the answers provided by thought experimenting. Further, I articulate a minimalist approach in which thought experiment is considered strictly as doxastic mechanism based on imagination. I introduce the basic analytical tool that allows us to differentiate an experimental core from an attached argumentation. The last section is reserved for discussion. I address several possible questions concerning adequacy of minimalistic definition and analysis., Myšlenkové experimenty jsou často vágní a temné hypotetické scénáře, které je těžké posoudit. Příspěvek navrhuje jednoduchý model myšlenkových experimentů. V první části představuji dva současné rámce pro analýzu myšlenkového experimentu: experimentistický přístup, který se opírá o podobnosti mezi skutečným a myšlenkovým experimentem a přístupem k rozumu, který se zaměřuje na odpovědi poskytované experimentováním s myšlenkami. Dále artikuluje minimalistický přístup, ve kterém je experiment experimentu považován za přísně doxastický mechanismus založený na představivosti. Představuji základní analytický nástroj, který nám umožňuje odlišit experimentální jádro od připojené argumentace. Poslední sekce je vyhrazena k diskusi. Zabývám se několika možnými otázkami týkajícími se přiměřenosti minimalistické definice a analýzy., and Marek Picha
The paper describes a mathematical and physical modelling of flow of complex slurries in pipelines, i.e. a flow of slurries composed of solids covering a very broad range of particle sizes that overlaps more than one flow patterns – non-Newtonian, pseudohomogeneous, heterogeneous and fully-stratified. A typical examples are residual products (“tailings”) from mining industry with normal average particle sizes of 20 to 100 μm or more. Experimental results of flows of complex slurries composing of non-Newtonian carrier fluid and three fractions of glass particles in 50 mm pipe are presented. Depending on the particle size, particles show different flow patterns and therefore considerable differences in pressure drops. Fine particles tend behave as a homogeneous matter, while coarser particles exhibit heterogeneous behaviour and even coarser particles form a sliding bed. A mathematical 3-component predictive model for turbulent flow of complex slurries is presented based on well-established semi-empirical formulae developed originally for flows with Newtonian carrier. The predicted values of pressure drops show very reasonable agreement with experimental results and indicate suitability of the model for engineering practice.
Existence of piedmont zone in a river bed is a critical parameter from among numerous variations of topographical, geological and geographical conditions that can significantly influence the river flow scenario. Downstream flow situation assessed by routing of upstream hydrograph may yield higher flow depth if existence of such high infiltration zone is ignored and therefore it is a matter of concern for water resources planning and flood management. This work proposes a novel modified hydrodynamic model that has the potential to accurately determine the flow scenario in presence of piedmont zone. The model has been developed using unsteady free surface flow equations, coupled with Green-Ampt infiltration equation as governing equation. For solution of the governing equations Beam and Warming implicit finite difference scheme has been used. The proposed model was first validated from the field data of Trout Creek River showing excellent agreement. The validated model was then applied to a hypothetical river reach commensurate with the size of major tributaries of Brahmaputra Basin of India. Results indicated a 10% and 14% difference in the maximum value of discharge and depth hydrograph in presence and absence of piedmont zone respectively. Overall this model was successfully used to accurately predict the effect of piedmont zone on the unsteady flow in a river.
In present paper we assess the climate change impact on mean runoff between the periods 1961-1990 (control period) and 2070-2099 (scenario period) in the Czech Republic. Hydrological balance is modelled with a conceptual hydrological model BILAN at 250 catchments of different sizes and climatic conditions. Climate change scenarios are derived using simple delta approach, i.e. observed series of precipitation, temperature and relative air humidity are perturbed in order to give the same changes between the control and scenario period as in the ensemble of 15 transient regional climate model (RCM) simulations. The parameters of the hydrological model are for each catchment estimated using observed data. These parameters are subsequently used to derive discharge series under climate change conditions for each RCM simulation. Although the differences in the absolute values of the changes in runoff are considerable, robust patterns of changes can be identified. The majority of the scenarios project an increase in winter runoff in the northern part of the Czech Republic, especially at catchments with high elevation. The scenarios also agree on a decrease in spring and summer runoff in most of the catchments. and V článku předkládáme výsledky modelování změn hydrologického režimu v důsledku změn klimatu mezi časovými obdobími 1961-1990 a 2070-2099 podle souboru patnácti regionálních klimatických modelů pro 250 povodí v České republice. Hydrologická bilance byla modelována pomocí konceptuálního hydrologického modelu BILAN. Časové řady ovlivněné změnou klimatu byly získány jednoduchou přírůstkovou metodou, tj. pozorované časové řady srážek, teplot a vlhkostí vzduchu (vstupy do modelu BILAN) byly opraveny pro každou simulaci pomocí přírůstkových faktorů tak, aby měsíční změny těchto veličin byly stejné jako podle uvažované simulace klimatického modelu. Hydrologický model je nakalibrován s využitím pozorovaných dat, identifikované parametry jsou následně využity pro simulaci hydrologické bilance pro řady ovlivněné klimatickou změnou. Základní podstata možných změn hydrologické bilance na území České republiky vyplývá z projekcí srážek a teplot pro Evropu, tj. postupné zvyšování teplot během celého roku a pokles letních, růst zimních a stagnace ročních srážek. V období od začátku podzimu do začátku léta dochází k růstu srážek, jenž je doprovázen řádově stejným růstem územního výparu způsobeným růstem teplot. V letním období dochází k poklesu srážek a v důsledku úbytku zásob vody v povodí nemůže docházet k výraznému zvyšování územního výparu. Důležitým faktorem ovlivňující změny odtoku je posun doby tání v důsledku vyšší teploty přibližně z dubna na leden-únor. Změny odtoku v období leden-květen jsou tedy dominantně určeny právě odlišnou dynamikou sněhové zásoby, změny v letním období zejména úbytkem srážek. Výsledné odhady změn odtoku jsou zatíženy značnou nejistotou, nicméně lze identifikovat robustní jevy společné pro řadu simulací. Jak ukazují výsledky, na většině modelovaných povodí je pokles odtoků v období od dubna do října společný valné většině modelů. Na druhé straně, růst odtoku v zimních měsících je značně nejistý. S tím souvisí i nejistota spojená se změnami roční bilance odtoků.
Calibration of parameters of mathematical models is still a tough task in several engineering problems. Many of the models adopted for the numerical simulations of real phenomena, in fact, are of empirical derivation. Therefore, they include parameters which have to be calibrated in order to correctly reproduce the physical evidence. Thus, the success of a numerical model application depends on the quality of the performed calibration, which can be of great complexity, especially if the number of parameters is higher than one. Calibration is traditionally performed by engineers and researchers through manual trial-and-error procedures. However, since models themselves are increasingly sophisticated, it seems more proper to look at more advanced calibration procedures. In this work, in particular, an optimization technique for a multi-parameter calibration is applied to a two-phase depth-averaged model, already adopted in previous works to simulate morphodynamic processes, such as, for example, the dike erosion by overtopping.
The two-dimensional particle image velocimetry (PIV) data are inevitably contaminated by noise due to various imperfections in instrumentation or algorithm, based on which the well-established vortex identification methods often yield noise or incomplete vortex structure with a jagged boundary. To make up this deficiency, a novel method was proposed in this paper and the efficiency of the new method was demonstrated by its applications in extracting the twodimensional spanwise vortex structures from 2D PIV data in open-channel flows. The new method takes up a single vortex structure by combining model matching and vorticity filtering, and successfully locates the vortex core and draws a streamlined vortex boundary. The new method shows promise as being more effective than commonly used schemes in open-channel flow applications.
Backward erosion piping is driven by seepage forces acting on the soil grains at the downstream end of the seepage path. A new device for the laboratory testing of backward erosion progression was developed and tested. The device consists of a plexiglass prism at which the seepage path has been predefined. The prism was equipped with an inflow consisting of gravel separated from tested sand by a strainer. The hydraulic gradient along the seepage pipe was observed by a set of piezometers and pressure cells, and the seepage discharge was measured volumetrically. The transported sediment was trapped in a vertical cone located downstream from the device. The progression of the seepage path, the piezometric heads and the trapped material was observed by two synchronous cameras. 15 trial tests have been carried out to date, and from these, the interim results are presented.
The objective of this paper is to simulate flow frequency distribution curves for Amazon catchments with the aim of scaling power generation from small hydroelectric power plants. Thus, a simple nonlinear rainfall-runoff model was developed with sigmoid-variable gain factor due to the moisture status of the catchment, which depends on infiltration, and is considered a factor responsible for the nonlinearity of the rainfall-runoff process. Data for a catchment in the Amazon was used to calibrate and validate the model. The performance criteria adopted were the Nash-Sutcliffe coefficient (R²), the RMS, the Q95% frequency flow percentage error, and the mean percentage errors ranging from Q5% to Q95%.. Calibration and validation showed that the model satisfactorily simulates the flow frequency distribution curves. In order to find the shortest period of rainfall-runoff data, which is required for applying the model, a sensitivity analysis was performed whereby rainfall and runoff data was successively reduced by 1 year until a 1.5-year model application minimum period was found. This corresponds to one hydrological year plus the 6-month long ''memory''. This analysis evaluates field work in the ungauged sites of the region. and Cieľom tohto príspevku je simulácia čiar rozdelenia prietokov pre povodia rieky Amazonka pre potreby hodnotenia premeny energie v malých hydroelektrárňach. Preto bol vyvinutý jednoduchý nelineárny zrážko-odtokový model so sigmoidálne sa meniacim zdrojovým faktorom v závislosti od obsahu vody v povodí, ktorý závisí od infiltrácie a je považovaný za faktor, spôsobujúci nelinearitu zrážkoodtokových procesov. Pre kalibráciu a validizáciu modelu boli použité údaje z povodí rieky Amazonka. Použili sme tieto hodnotiace kritériá: Nashov-Sutcliffov koeficient (R²), RMS, Q95%, chyba určenia odtoku v percentách, a priemerná percentuálna chyba v rozsahu od Q5% do Q95%. Kalibrácia a validizácia ukázala, že model simuluje čiary rozdelenia prietokov uspokojivo. Aby bolo možné nájsť najkratšie obdobie pre nájdenia závislosti zrážky - odtok, ktorá je potrebná pre aplikáciu v modeli, použili sme citlivostnú analýzu tak, že údaje zrážky - odtok boli postupne redukované o jeden rok, až kým nebolo nájdené minimálne obdobie pre aplikáciu vzťahu zrážky - odtok 1,5 roka. Toto obdobie zodpovedá jednému hydrologickému roku, plus 6 mesiacov dlhá ''pamäť''. Touto analýzou boli vyhodnotené výsledky terénnych meraní v oblastiach, kde neboli k dispozícii merania odtoku.