Slovensko združenje za geodezijo in geofiziko http://www.fgg.uni-lj.si/sugg/ RAZISKAVE S PODROČJA GEODEZIJE IN GEOFIZIKE 2004 zbornik predavanj 10. strokovno srečanje Slovenskega združenja za geodezijo in geofiziko Ljubljana, 13. januar 2005 ORGANIZACIJSKI ODBOR Miran Kuhar Bojan Stegenšek Janez Goršič Tanja Jesih UREDNIŠKI ODBOR Klemen Kozmus Miran Kuhar LEKTORIRANJE mag. Brigita Lipovšek ORGANIZATOR SREČANJA IN ZALOŽNIK Univerza v Ljubljani Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo CIP – Kataložni zapis o publikaciji Narodna in univerzitetna knjižnica, Ljubljana 550.3(063)(082) 528(063)(082) SLOVENSKO združenje za geodezijo in geofiziko. Strokovno srečanje (10 ; 2005 ; Ljubljana) Raziskave s področja geodezije in geofizike 2004 : zbornik predavanj / 10. strokovno srečanje Slovenskega združenja za geodezijo in geofiziko, Ljubljana, 13. januar 2005 ; [uredniški odbor Klemen Kozmus, Miran Kuhar ; organizator Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo]. - Ljubljana : Fakulteta za Gradbeništvo in geodezijo, 2005 ISBN 961-6167-65-0 1. Gl. stv. nasl. 2. Kozmus, Klemen 3. Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo (Ljubljana) 126882048 Predgovor Strokovna srečanja slovenskega združenja za geodezijo in geofiziko so postala že tradicionalna in nam podajo pogled na dosežke posameznih področij društva v preteklem obdobju. Tradicija in nadaljnji razvoj društva nista več vprašljiva. Pred nami je zrelo obdobje razvoja in enakopravno vključevanje v raziskave in razvoj v evropskem in svetovnem prostoru o tem pa pričajo poročila o delu posameznih sekcij. Letošnje, deseto letno srečanje spremlja tudi tokrat podelitev priznanj in nagrade najboljšim mladim raziskovalcem in posebej razveseljivo je dejstvo, da letos že tretjič društvo podeljuje nagrado in priznanja raziskovalcem, ki so se izkazali na začetku svoje profesionalne poti. V naslednjih letih pričakujemo še večje število kandidatov, mladih raziskovalcev z vseh področij delovanja združenja, ki so se oziroma se bodo izkazali s svojim delom. Kajti pred nami so zahtevne naloge pri nadaljnjem razvoju geodezije in geofizike. predsednik SZGG prof.dr. Mitja Brilly Vsebina Predgovor ............................................................................................................................... 3 J. Cedilnik - Uporaba modela ALADIN v klimatološke namene ...................................... 5 T. Vrhovec, J. Rakovec, G. Gregorič, S. Pradier, M. Chong, F. Roux, S. Micheltti - Znanstveni zaključki mezometeorološkega alpskega programa (MAP): padavine v jugovzhodnih Alpah ........................................................................................................ 13 G. Skok, T. Vrhovec - Interpolacija izmerjenih 24-urnih padavin v pravilno mrežo za namen primerjave z numeričnim modelom za napovedovanje vremena ................. 23 J. Kogovšek - Ugotavljanje podzemnega pretakanja vode v Krasu kot osnova načrtnega trajnostnega gospodarjenja s kraškim prostorom ........................................ 31 S. Šebela, A. Gosar - Začetek meritev premikov ob prelomih v zahodni Sloveniji s 3D ekstenziometri TM-71 ................................................................................................ 37 M. Brilly, L. Globevnik, L. Štravs, S. Rusjan - Eksperimentalna porečja v Sloveniji .... 47 M. Kobold, K. Sušelj - Padavinske napovedi in njihova nezanesljivost v hidrološkem prognoziranju ............................................................................................... 61 G. Sluga - Anamorfoze v tematski kartografiji ................................................................ 77 M. Vrabec, P. Pavlovčič Prešeren, B. Stopar - Aktivni premiki ob prelomih Peri- adriatskega prelomnega sistema v vzhodni Sloveniji: prvi rezultati GPS-meritev * ... 83 J. Weber, M. Vrabec, B. Stopar, P. Pavlovčič Prešeren, T. Dixon - Študija premikov Jadranske mikroplošče in aktivnih tektonskih deformacij v Sloveniji in Istri na osnovi GPS-opazovanj * ..................................................................................................... 87 Letna poročila A. Gosar - Seizmologija in fizika notranjosti Zemlje .......................................................... 91 T. Vrhovec - Meteorologija ................................................................................................. 95 M. Kuhar - Geodezija ........................................................................................................... 97 V.Malačič - Fizikalna oceanografija .................................................................................... 99 * nelektorirano 5 UPORABA MODELA ALADIN V KLIMATOLOŠKE NAMENE Jure Cedilnik * Povzetek V Sloveniji se v zadnjih osmih letih za potrebe operativnega napovedovanja vremena uspešno uporablja model ALADIN. Operativno se kot robni pogoji za model uporabljajo polja francoskega globalnega modela ARPÈGE. ALADIN pa lahko gnezdimo tudi v ponovno analizirana polja meteoroloških spremenljivk v grobi ločljivosti (reanalize). To so globalna polja meteoroloških spremenljivk, ki so karseda verna predstava stanja v atmosferi. V tem primeru so izhod modela ALADIN tridimenzionalna polja spremenljivk v pravilni mreži, ki so bolj ali manj dobra predstava dejanskega stanja na lokalni ravni. Če takšne diagnostične simulacije izvajamo sosledno preko daljšega obdobja, je tak način uporabe ALADIN-a lahko alternativa klasičnim postopkom prostorske interpolacije meritev v pravilno mrežo, ki se uporabljajo v klimatologiji. Na ta način torej z modelom pridemo do klimatoloških polj v pravilni mreži. Uporabnost te metode pa s tem še ni izčrpana. Potencialno lahko model ALADIN gnezdimo tudi v rezultate globalnih klimatoloških modelov in tako simuliramo klimatske spremembe v prihodnosti na regionalni ravni. V okviru tega prispevka bo na kratko predstavljen meteorološki model ALADIN, prikazani bodo primer uporabe ALADIN-a v klimatološke namene, rezultati takšne uporabe in težave, ki se pri tem pojavijo, ter možne rešitve. Uvod V klimatologiji se uporabljajo različne metode, namenjene diagnosticiranju nizov in časovnih vrst podatkov, odpravljanju napak v nizih in za homogenizacijo le-teh. Ti postopki so v glavnem bolj ali manj komplicirani logično-fizikalni algoritmi (kontrola napak) in statistično-matematične metode (homogenizacija nizov). Na podlagi tako pridobljenih nizov se računajo razna obdobna povprečja (recimo povprečna 30-letna temperatura zraka). Glavna slabost takih nizov je, da so to točkovne vrednosti – časovne vrste meteoroloških spremenljivk v nekaj točkah prostora. Za mnoge uporabnike imajo bistveno večjo vrednost dvodimenzionalna ali tridimenzionalna polja meteoroloških spremenljivk. Takšna polja se izdelajo s prostorsko interpolacijo točkovnih vrednosti. Kakovost tako izdelanih polj je v prvi vrsti odvisna od kakovosti samih meritev in od gostote mreže merilnih postaj. Alternativni način prostorske interpolacije je uporaba mezometeorološkega modela. S polji meteoroloških spremenljivk v veliki skali krmimo mezometeorološki model in z njim izvajamo kratke integracije (dolge na primer dva dneva). Potrebujemo dobro definirana polja meteoroloških spremenljivk kot vhodni podatek. Dober primer takih polj so ponovno analizirana polja (reanalize) ERA-40 Evropskega centra za srednjeročno vremensko napoved (ECMWF). Reanalize so s sodobnim modelom za asimilacijo ponovno analizirane meritve s celega sveta preko daljšega obdobja. V primeru ponovnih analiz ERA-40 je to obdobje od leta 1957 do 2001. Predvsem je pomembno, da se za ponovno analizo *Jure Cedilnik univ. dipl. meterorol. (jure.cedilnik@fmf.uni-lj.si), Fakulteta za matematiko in fiziko, Univerza v Ljubljani, Jadranska 19, Ljubljana 6 uporabijo surovi podatki (nepokvarjeni s kakšnimi starimi algoritmi za obdelavo meritev) in da se za celotno obdobje uporablja isti asimilacijski model – to zagotavlja homogenost časovnih nizov tako pridobljenih podatkov. Več o ponovnih analizah ERA-40 je napisano v The ERA-40 Project Plan (2002), kjer so navedene tudi meritve, na podlagi katerih so te ponovne analize napravljene. Model ALADIN Mezometeorološki model za napovedovanje vremena ALADIN je nastal leta 1992 kot rezultat sodelovanja meteoroloških služb več Evropskih držav z Météo France. V Sloveniji se za potrebe operativne prognoze vremena uporablja od leta 1997. ALADIN je model za meteorološke simulacije v mezoskali nad omejenim območjem. Je izvedenka francoskega globalnega modela ARPÈGE. Bistvene razlike med obema so le v nekaterih fizikalnih parametrizacijah in v uporabljenih baznih funkcijah. Oba modela sta namreč sprektralna – ARPÈGE za bazne funkcije nad celotno Zemljo uporablja Legendrove polinome, ALADIN pa računa nad omejenim območjem v prostoru z uporabo Fourierjevih funkcij. Vsi dinamični procesi se računajo v spektralnem prostoru, fizikalne parametrizacije pa v točkovnem prostoru. Računanje s spektralnim modelom ima nekaj pomembnih posledic:  računanje krajevnih odvodov je natančno, ker poznamo analitične odvode baznih funkcij,  hitra eliminacija napake razpoznavanja, saj imamo vedno na voljo spektralni razvoj po komponentah in se lahko enostavno znebimo previsokih frekvenc,  problematičen opis reliefa (velikih gradientov nadmorske višine) zaradi gladkih baznih funkcij,  časovno potratno stalno prehajanje iz spektralnega v realen prostor in nazaj,  vpeljava biperiodizacijskega območja zaradi eliminacije neželenih odbojev na robovih domene (bazne funkcije se zaključijo same vase, čeprav gre za omejeno območje). V vertikalni smeri ALADIN uporablja hibridno koordinato, ki je definirana tako, da pri tleh sledi reliefu, z višino pa prehaja v pritiskovo koordinato. Odvisna je od vrednosti pritiska na tisti višini in od pritiska pri tleh na tistem mestu. ALADIN-ova časovna shema je semiimplicitna semilagrangreva shema. Natančen opis modela ALADIN najdemo v Gerard (2000) in Joly (1992). Opis simulacij Za učinkovit prehod z globalnih polj ponovnih analiz (z ločljivostjo v naši geografski širini približno 120 km) na mezo skalo (z ločljivostjo ~10 km), potrebujemo vmesno modelsko gnezdo (Cedilnik, 2003). Pri neposrednem gnezdenju modelskega prostora z ločljivostjo 10 km v mrežo ERA-40 ponovnih analiz je faktor med ločljivostima več kot 10. Za meteorološko modeliranje pa v grobem velja, da naj bi bil faktor ločljivosti pri gnezdenju približno 3. Kakovost takega gnezdenja je precej odvisna tudi od same velikosti ciljnega modelskega prostora. Beck in sod. (2002) so namreč pokazali, da pri neposrednem gnezdenju velikega modelskega prostora (približno štirikrat večjega od ciljnega modelskega prostora v našem primeru) v ERA-40 ponovne analize ni bistvenih razlik v rezultatih glede na simulacije z vmesnim gnezdom. Simulacije v našem primeru so bile izvedene z vmesnim modelskim prostorom z ločljivostjo 30 km. Razporejene so bile ena za drugo z dolžino integracije 60 ur. Prvih 12 7 ur simulacij pa nismo upoštevali zaradi t. i. spin-up časa, tako je bila efektivna dolžina posamezne simulacije 48 ur. Prvi korak simulacije je pretvarjanje globalnih polj ERA-40 v polja, ki jih uporablja model ARPÈGE. Sledi prostorska interpolacija globalnih polj na računsko območje vmesnega gnezda (ločljivost 30 km). Na tem območju potem izvedemo integracijo, katere rezultate spet interpoliramo na ciljni modelski prostor z ločljivostjo 11 km, ti rezultati pa potem služijo kot začetni in robni pogoji za integracijo na tem modelskem prostoru. Čisto na koncu verige lahko uporabimo še dinamično adaptacijo vetra (Žagar, 1999). Rezultat modela v ločljivosti 11 km prilagodimo reliefu v 2,5 km mreži s poganjanjem zgolj dinamičnega dela modela. Shematski prikaz poteka posamezne simulacije je prikazan na Sliki 1, sosledje simulacij pa na Sliki 2. Velikosti uporabljenih modelskih prostorov sta prikazani na Sliki 3. Slika 1 - Shematski prikaz simulacije. Najprej se polja ERA-40 pretvorijo v ARPÈGE obliko (901), ta polja se potem interpolirajo na modelski prostor z ločljivostjo 30 km (E927), izvede se integracija na tem modelskem prostoru (001), rezultati te integracije se interpolirajo v modelski prostor z 11 km ločljivostjo (EE927) in se uporabijo za začetne in robne pogoje za integracijo na modelskem prostoru z 11 km ločljivostjo (001). Dodatno se lahko na rezultatih integracije napravi dinamična adapatacija vetrovnega polja na relief z ločljivostjo 2,5 km. Slika 2 - Shematski prikaz sosledja simulacij. Simulacije si sledijo ena za drugo, prvih dvanajst ur nove simulacije pa se prekriva z zadnjimi 12 urami prejšnje simulacije. Kot rezultat upoštevamo čase med +12 in +60 urami integracije. Efektivna dolžina simulacij je tako 48 ur. 8 Rezultati Sosledne simulacije, opisane v prejšnjem poglavju, poženemo preko obdobja več let. Na ta način proizvedemo popolne (brez manjkajočih vrednosti) nize meteoroloških podatkov z zelo dobro prostorsko ločljivostjo. Iz takšnih nizov lahko računamo razna obdobna povprečja in dobimo modelsko klimatologijo veliko meteoroloških spremenljivk. Tako dobljena povprečja lahko primerjamo z obdobnimi povprečji realnih meteoroloških meritev. Najprej si pogledamo ujemanje simuliranih in izmerjenih padavin. Primerjamo letno akumulacijo padavin za leto 1998. V tem primeru kot simulirane padavine uporabljamo rezultate simulacij v ločljivosti 11 km. Na Sliki 4 sta prikazani polji izmerjene (po interpolaciji v pravilno mrežo z metodo kriginga) (obdelala Mojca Dolinar (ARSO)) in na naš način simulirane kumulativne količine padavin. Slika 4 - Primerjava kumulativne letne količine padavin za leto 1998. Levo so objektivno interpolirane meritve, desno pa simulirane z ALADIN-om, dvakrat gnezdenim v ponovne analize ERA-40. Meritve je obdelala Mojca Dolinar (ARSO 1 ). 1 Agencija Republike Slovenije za Okolje Slika 3 - Oba uporabljena modelska prostora: večji štirikotnik je modelski prostor z ločljivostjo 30 km, manjši štirikotnik pa modelski prostor z ločljivostjo 11 km. 9 Lepo se odražajo vsi orografsko pogojeni ekstremi letne količine padavin. Največja slabost modela je pretirana količina padavin na nekaterih gorskih grebenih (npr. v Kamniško-Savinjskih Alpah) in pretirano suhe razmere na severovzhodni strani večjih topografskih ovir. Ta pretirano suha modelska klimatologija je posledica preveč izrazite fenizacije jugozahodnih vetrov. Vemo namreč, da se večina padavin v Sloveniji pojavlja ob izrazitem jugozahodniku, model pa ta proces preceni. Padavine v ALADIN-u namreč niso predstavljene s svojo prognostično enačbo. To pomeni, da jih veter ne nosi s seboj, temveč padejo iz zraka kjer nastanejo. Zato imamo največkrat presežek simulirane količine padavin na privetrni strani hribov in pretirano suhe razmere na zavetrni strani topografskih ovir. Dodatno prispeva k temu dejstvo, da je modelska topografija topografija z ovojnico. Višini posamezne modelske točke (povprečni višini digitalnega reliefa v visoki ločljivosti znotraj območja, ki pripada tej modelski točki) prištejejo še del podmrežne standardne deviacije topografije. S takšnim postopkom precej izboljšajo rezultate simuliranja vetrov zaradi trenja zraka pri tleh, hkrati pa pokvarijo rezultate količine padavin. Precej neposredno je s padavinami povezana suša. Na Sliki 5 sta prikazani izmerjena in simulirana vodna bilanca na merilni postaji v Muski Soboti ob poletni suši leta 2001. Vodna bilanca je razmerje med količino vode, ki izhlapi ali odteče, in vodo, ki pade na tla kot padavine. Ujemanje meritev in modela na Sliki 5 je zelo dobro. V tem primeru prevladuje izhlapevanje, ki je očitno dobro opisano. Ker je to primer iz sušnega obdobja, nam slabo modelsko simuliranje padavin ne pokvari rezultatov. Tudi dejstvo, da smo primerjali točkovno vrednost meritev in točkovno vrednost v modelu, v tem primeru ne igra bistvene vloge. Modelskih padavin namreč ne smemo neposredno kvantitativno primerjati z meritvami. V bolj mokrem primeru bi morali izmerjene padavine predhodno prostorsko interpolirati. Pri simuliranju vetra smo uporabili dinamično adaptacijo modela na modelsko orografijo v ločljivosti 2,5 km. Ta poteka tako, da ob vsakem izhodu modela z ločljivostjo 11 km opravimo še nadaljnje gnezdenje v boljšo ločljivost, vendar le z uporabo modelske dinamike. Govorimo o dinamičnem prilagajanju vetra bolj natančnemu reliefu. To močno izboljša kakovost simulacije vetra pri tleh. Na Slikah 6 in 7 so prikazane vetrovne rože simuliranih in izmerjenih hitrosti in smeri vetra. Zelo dobro se ujemajo glavne značilnosti vetrovnih rož. Prevladujeta dva izrazita vetrovna režima – severni do severovzhodni veter in jugozahodnik. Zlasti na Rogli (Slika 6) je ujemanje izredno dobro. V Bilju (Slika 7) pa Slika 5 - Primerjava izmerjene in simulirane talne vodne bilance v Murski Soboti v obdobju od 1. aprila 2001 do konca septembra 2001. Z modro so označene meritve, z vijolično pa simulacije z ALADIN-om dvakrat gnezdenim v ERA-40. Meritve je obdelal Blaž Kurnik (ARSO). 10 je opazna izrazita razlika med simulacijo z 11 km in 2,5 km ločljivostjo. Ta razlika gre predvsem na račun nerazpoznavnosti Vipavske doline v reliefu 11 km modela. Burja v 11 km modelu se ne kanalizira v Vipavski dolini, medtem ko simulacija z 2,5 km ločljivostjo precej bolj realno spremeni smer burje, kar se zelo dobro vidi na vetrovni roži. 11 km 2,5 km meritve Slika 6 - Primerjava simuliranih in izmerjenih porazdelitev smeri in velikosti hitrosti vetra na Rogli za celo leto 2001. Na levi je simulacija v 11 km ločljivosti, na sredini dinamična adaptacija z 2,5 km ločljivostjo, na desni pa je porazdelitev po smeri in hitrosti za meritve. Obdelava meritev: Renato Bertalanič (ARSO). 11 km 2,5 km meritve Slika 7 - Enako kot Slika 6, le da vrednosti veljajo za postajo Bilje. Zaključek S primerjavo izmerjenih in simuliranih obdobnih povprečij meteoroloških spremenljivk smo pokazali, da na tak način simulirana polja padavin neposredno niso uporabna. Potrebno bi bilo proučiti možnost uporabe dodatnih statističnih metod, ki bi uporabile tako realne meritve kot na opisan način simulirane vrednosti. Morda bi se dalo uporabiti vrednosti simuliranega polja neposredno kot enega od parametrov pri prostorski interpolaciji padavinskih polj z metodo kriginga. Primerjava rezultatov simulacije vetra pokaže, da z modelom lahko zelo dobro simuliramo klimatologijo vetra. Ujemanje simulacij z meritvami je zelo zadovoljivo na Rogli. To pripisujemo dejstvu, da lahko že 11 km topografija zelo dobro opiše glavne značilnosti kopastega reliefa na Pohorju. V primeru Bilja se izrazito pokaže dodana vrednost dinamične adaptacije na 2,5 km, vendar pa tudi topografija v tako visoki ločljivosti ne more dovolj natančno opisati Vipavske doline. Verjetno bi bilo smiselno narediti dinamično adaptacijo v še višji ločljivosti (1 km). Tako bi dobili solidno gosto 11 vetrovno polje, ki bi bilo precej blizu realnemu. Eden od najbolj ambicioznih načrtov za uporabo takšnih simulacij je napovedovanje klimatskih sprememb. S tem mislimo na napovedovanje klimatskih sprememb na lokalni skali. Današnji moderni klimatski modeli tečejo namreč še v zelo grobih ločljivostih. Posledica tega je nezmožnost zanesljive interpretacije takšnih rezultatov na lokalni ravni. Podatek, da se bo spremenila povprečna temperatura na Zemlji za nekaj stopinj, nam koristi zelo malo, če ne poznamo prostorske porazdelitve takšne spremembe temperature. Tako kot v opisanih simulacijah bi tudi pri simuliranju klimatskih sprememb potrebovali globalna polja v grobi ločljivosti, s katerimi bi krmili naš model, le da bi bila ta polja simulacija dogajanj v prihodnosti. Takšna polja bi bila lahko izhodna polja modela ECHAM5 (Roeckner et al., 1996), ki temelji na modelu za napovedovanje vremena ECMWF. Vendar pa je pri takšnem simuliranju potrebno opozoriti na resno težavo. Ob gnezdenju modela nad omejenim območjem v globalni model, ki uporablja drugačne fizikalne parametrizacije, je potrebno zelo paziti pri inicializaciji fizikalnih polj. To lahko nazorno pokažemo tudi na primeru naših simulacij. IFS 2 model, s katerim so bile narejene ponovne analize ERA-40, uporablja sicer enako dinamično jedro kot ARPÈGE/ALADIN, vendar se fizikalna parametrizacija tal razlikuje. Tla v ERA-40 imajo štiri vodne nivoje v tleh (tri za vodo globoko v tleh), medtem ko ALADIN uporablja le dva (enega za vodo globoko v tleh s kapaciteto 800 mm/m 2 ) (Gerard, 2000). Trenutno je implementiran precej enostaven način inicializacije vode globoko v tleh. Vsa tri polja, ki opisujejo vodo globoko v tleh pri ponovnih analizah, se kar seštejejo in zapišejo v eno polje, ki se uporablja v fizikalni parametrizaciji tal ALADIN-a. Zaradi neskladja vrednosti te spremenljivke z referenčno klimatologijo modela, ALADIN ob koraku E927 (Slika 1) z večjo utežjo upošteva referenčno klimatološko vrednost vode globoko v tleh. Posledica tega je precejšnja odvisnost od te referenčne klimatološke vrednosti. Predlagana rešitev za to težavo je izboljšan način inicializacije polja, ki bi celostno upoštevala razlike med parametrizacijama tal. Ena od enostavnih rešitev pa je, da npr. polje globoke vode v tleh inicializiramo tako, da izračunamo uteženo povprečje med interpoliranimi polji ERA-40 in končnim poljem iz predhodne simulacije. V skrajnem primeru talnih količin v modelu sploh ne inicializiramo, vendar je bolj običajno, da uporabimo razmerje 95 : 5 v korist predhodne integracije z ALADIN-om. Tak postopek se imenuje blending. Primer uporabe blendinga za polje vode globoko v tleh je na Sliki 8. S prvim septembrom 1999 smo začeli dve simulaciji: s popolno inicializacijo vode globoko v tleh s predhodno simulacijo (100 % blending – temu lahko rečemo tudi klimatski zagon modela za tla) in z inicializacijo vode globoko v tleh s polji ERA-40. Bistvena razlika nastane pri preskoku meseca. To se zgodi zato, ker je referenčna klimatologija, s kombinacijo katere se inicializira model v drugem primeru, vzorčena na en mesec. 2 Integrated Forecasting System – meteorološki model, ki se uporablja v ECMWF. 12 Literatura Beck, A.; Ahrens, B.; Stadlbacher, K. (2004). Impact of nesting strategies in dynamical downscaling of reanalysis data. Geophys. Res. Lett., Vol. 31, No. 19 Cedilnik, J. (2003). Ugotavljanje skladnosti rezultatov diagnostičnih simulacij vgnezdenih v reanalize ECMWF z meritvami. diplomsko delo, Mentor: dr. Tomaž Vrhovec, Univ. V Lj., Fakulteta za matematiko in fiziko, Oddelek za fiziko, Katedra za meteorologijo Gerard, L. (2000). Physical Parametrizations in ARPÈGE-ALADIN. URL: http://www.crnm.meteo.fr/aladin/MODELES/EXT/Physics/index.html Gibson, J. K., P. Kảllberg, S. Uppala, A. Hernandez, A. Nomura et E. Serrano (1997). ERA description. ECMWF Re-Analysis Final Report Series. 71pp. Joly, A. (1992). ARPÈGE/ALADIN: adiabatic model equations and algorithm. Internal note, Météo France, pp. 56. Roeckner, E., G. Bäuml, L. Bonaventura, R. Brokopf, M. Esch, M. Giorgetta, S. Hagemann, I. Kirchner, L. Kornbleuh, E. Manzini, A. Rhodin, U. Schlese, U. Schulzweida et A. Tomkins (2003). The atmospheric general circulation model ECHAM5, part 1: Model description. Max-Planck-Institut für Meteorologie, Report No. 349, Hamburg, Germany The ERA-40 Project Plan. (2002). Ed.: A.J. Simmons and J.K. Gibson. Žagar, M. et J. Rakovec (1999).: Small-Scale Surface Wind Prediction using Dynamic Adaptation. Tellus, 51A, 489-504 Slika 8 - Prikazuje prostorsko povprečje preko celotnega računskega območja za količino vode globoko v tleh. Na abcisi so dnevi v letu 1999, na ordinati pa količina vode globoko v tleh v mm na kvadratni meter površine po 24 urah integracije. Različne krivulje ustrezajo različnim načinom inicializacije količine vode globoko v tleh in različnim načinom gnezdenja modela v ponovne analize: vijolična in modra barva predstavljata simulacije z enojnim gnezdenjem (neposredno gnezdenje ALADIN-a v ERA-40), zelena in rdeča pa z dvojnim gnezdenjem (tako kot v našem primeru). Zelena in vijolična ustrezata popolni inicializaciji nove simulacije z rezultati predhodne (klimatološko poganjanje modela za tla), rdeča in modra pa inicializaciji z uporabo referenčne klimatologije. Izraziti skoki pri neposredni inicializaciji modela (rdeča in modra barva) ustrezajo spremembam meseca. Vsak mesec model uporablja drugo klimatološko referenco. 13 ZNANSTVENI ZAKLJUČKI MEZOMETEOROLOŠKEGA ALPSKEGA PROGRAMA (MAP) : PADAVINE V JUGOVZHODNIH ALPAH Tomaž Vrhovec * , Jože Rakovec * , Gregor Gregorič ** , Stephanie Pradier *** , Michael Chong *** , Frank Roux *** , Stefano Micheltti **** Povzetek V času projekta MAP so bile jugovzhodne Alpe (območje Furlanije in zahodne Slovenije) izbrane za sekundarno območje raziskav za podprojekt “Mehanizmi orografskih padavin”. Območje Julijskih in Karnijskih Alp je znano po tem, da tam leži klimatološki maksimum količine padavin v Alpah in Srednji Evropi. V času posebnega opazovalnega obdobja MAP je bila v zahodni Sloveniji vzpostavljena mreža dodanih avtomatskih meteoroloških postaj, hrati je operativno deloval meteorološki radar v Fossalonu v Furlaniji. Zbrani so bili tudi podatki vseh operativno delujočih meteoroloških postaj. V času nekaterih zanimivih meteoroloških dogodkov v jeseni 1999 je ciljno območje preletaval tudi par ameriških meteoroloških raziskovalnih letal. Povzamemo lahko nekaj ugotovitev teh merilnih kampanj in analiz narejenih na njihovi osnovi: 1. Veliko padavin v JV Alpah pade pred prihodom samega frontalnega sistema. Te padavine so povezane z močnimi konvektivnimi procesi v ozračju, saj prisilni dvig jugozahodnika nad nivo proste konvekcije omogoča neprestano nastajanje novih in novih nevihtnih celic. 2. Najizrazitejšo hladno fronto med obdobjem MAP SOP v jeseni 1999 je spremljala izrazita nevihtna linija. Medtem ko se je nevihtna linija pomikala prek beneške in furlanske nižine, je hladen zrak prodiral tudi okoli vzhodnega roba Alp, Slovenijo je v nižjih plasteh ozračja preplavil z vzhoda. S pretokom tega zraka prek Dinarsko–Julijske gorske pregrade se je hladni zrak z vzhoda zlil proti Jadranskemu morju in skupaj s hladnim zrakom izza od zahoda približujoče se hladne fronte poskrbel za izjemno hitro okluzijo frontalnega sistema. Klin toplega zraka se je umaknil proti jugu vzdolž Jadrana. 3. Izjemno gosta posebna mreža avtomatskih meteoroloških postaj je omogočila natančno sprotno spremljanje padavinskih dogodkov. Ločljivost te mreže je bila za dvakrat boljša od ločljivosti operativne mreže ARSO. Pri tem se je pokazalo, da bi morala biti visokogorska območja s postajami še bolje pokrita, predvsem pa bi morale biti še gostejše postaje na območjih padavinskega maksimuma in na območjih velikih gradientov količine padavin. Za urne in dnevne akumulacije padavin so opravili študije prostorskih interpolacij količine padavin. Rezultati so bili dobri za dnevne akumulacije, medtem ko so biliza urne vrednosti rezultati prostorskih interpolacij v fine mreže nezanesljivi in v veliki meri odvisni od interpolacijskega postopka. Podatki, dobljeni ob sneženju, so bili neuporabni zaradi neustreznih avtomatskih dežemerov. 4. Meteorološki radar v Fossalonu je med MAP SOP pokazal svojo uporabnost za sledenje nevihtnih in frontalnih padavinskih sistemov v JV Alpah. Težave pri the radarskih meritvah so bile predvsem posledica radarskih senc, ki jih na padavinske procese mečejo prvi grebeni Julijskih in Karnijskih Alp, tako da so padavinski procesi v osrčju Julijskih Alp pogosto podcenjeni. * Univerza v Ljubljani, FMF, Oddelek za fiziko, Jadranska ul 19, Ljubljana, tomaz.vrhovec@uni-lj.si ** Agencija republike Slovenije za okolje, Urad za meteorologijo, Ljubljana *** Laboratoire d’ Aerologie CNRS- UPS Toulouse, France **** Osservatorio Meteorologico Regionale dell'ARPA FVG, Visco UD, Italy 14 5. S pomočjo raziskovalnih letal je bilo mogoče z letečimi dopplerjevimi radarji določiti tridimenzionalno strukturo vetrovnega polja. S tem je bila dokumentirana tudi dvojna struktura vetrov ob pretoku hladnega zraka prek Dinarsko-Julijske gorske pregrade. Hladni zrak, ki se je valil prek gorske pregrade, je navidezno dvignil njeno višino, tako da so se konvektivni procesi ob tem lahko še okrepili. 6. Različne raziskovalne skupine so opravile precej modelskih študij vetrovnih in padavinskih polj, ki so za izhodišče imele podatke, izmerjene med opazovanji MAP. Ugotovljeno je bilo, da na napovedana polja zelo močno vplivajo reliefne značilnosti velike okoli 100 km. Lokacije konvergenčnih območij so precej odvisne od konveksnosti in konkavnosti reliefnih oblik. Tudi reliefne oblike manjše velikosti prispevajo k določanju lokacije najbolj izrazitih padavinskih pojavov. Modeliranje v nehidrostatični skali (ločljivost od 1 do 3 km) pripomore k natančnejšim napovedim padavinskih pojavov v časih do 12 ur vnaprej. S stopnjevanjem ločljivosti modelskega prostora se seveda stopnjuje strmina modelskega reliefa, to pa pripelje k povečanemu orografskemu dvigu zraka in s tem povezanim padavinam. Uvod V odbodbju intenzivnih opazovanj Mezometeorološkega Alpskega Programa MAP SOP (7. sept. – 5. nov. 1999) so bile jugovzhodne Alpe izbrane za sekundarno ciljno območje za podprojekt P1 – orograpske padavine. Julijske in Karnijske Alpe so namreč znane kot območje z največjo klimatološko letno količino padavin v vseh Alpah. (Frei in Schaer, 1998) V obdobju MAP SOP je bila tu postavljena zelo gosta mreža pluviografov, deloval je meteorološki radar v Fossalonu (Furlanija Julijska krajina) (Kastelec in Vrhovec, 2000). V času močnih padavin so območje preletavala raziskovalna letala (Pradier in sod., 2002). V času MAP SOP so bili zabeleženi en odličen in nekaj dobrih primerov močnih padavin. Časovni potek padavin jeseni 1999 je podan na sliki 1. Če primerjamo jesen 1999 s klimatologijo za jesenske mesece (1961–1990) za območje zahodne Slovenije (preglednica 1) lahko zaključimo, da je bilo obdobje MAP SOP blizu klimatološkemu povprečju. Najmočnješe padavine v okviru MAP SOP so bile v intenzivnem opazovalnem obdobju IOP 5 (med 3. in 5. oktobrom 1999), a tudi opazovalna obdobja IOP 2b (22. september), IOP9 in IOP10 so bila zanimiva. Podrobnejše obravnave IOP5 so objavili: Cheng in sod. (2001), Pradier in sod. (2002) in Vrhovec in sod. (2004a). Mnoge druge študije o MAP SOP v JV Alpah so bile objavljene publikacijah Konferenc o alpski meteorologiji (ICAM 2001, 2003) in Konferenc o gorski meteorologiji AMS (2000, 2002). Slika 1 - Dnevne količine padavin za štiri postaje v jugovzodnih alpah za obdobje MAP SOP 0 50 100 150 200 250 300 15.9.1999 22.9.1999 29.9.1999 6.10.1999 13.10.1999 20.10.1999 27.10.1999 3.11.1999 10.11.1999 Kobarid Učeja Lepena Log/Mangrt 15 Preglednica 1 - Števila dni s padavinami, ki so presegle izbrane dnevne pragove za klimatološko obdobje 1961-990 in za MAP SOP Padavinski maksimum v Alpah Na južni strani Alp sta dve območji z izjemno velikimi padavinami (Frei in Schaer, 1998). Zahodno območje v Tičinu in Piemontu je nekoliko manj izrazito od vzhodnega v Furlaniji in zahodni Sloveniji. Za obe območji je značilno, da se strma gorska pobočja dvigajo več kot 2000 metrov visoko nad južneje ležečo ravnino. Med obema maksimalnima območjema je manj namočeno območje Trentina, kjer se alpski gorski masiv zakrivi v konveksni obliki proti jugu (Slika 2). Vrhovi najvišjih gora so v Tičinu višji kot v Julijskih Alpah, a vseeno je na vzhodu padavin v dolgoletnem povprečju več. V jugovzhodnih Alpah so najmočnejše padavine pogoste pred prihodom front. Predfrontalne in frontalne padavine so povezane s sredozemskimi cikloni, a narava predfrontalnih padavin je posebej zanimiva (Vrhovec in sod., 2001, Vrhovec in sod., 2004a). Predfrontalne padavine so zelo intenzivne in večinoma so v obliki neviht. Te se sprožijo zaradi prisilnega dviga vlažnih zračnih mas ob jugozahodnih vetrovih prek strmih južnih pobočij Karnijskih in Julijskih Alp. Pri tem se dvignejo nad višino nivoja proste konvekcije. Ker je jugozahodni veter stalen, se nad južnimi pobočji prožijo vedno nove in nove nevihte in takšna situacija lahko vztraja od nekaj ur do nekaj dni. Slika 2 - Relief Alp, narisan s pomočjo 500-metrskih izohips. Z okvirji so označena tri območja na južni strani: Tičino, Trentino in Furlanija ter zahodna Slovenija (Rakovec in sod., 2004). Značilnosti stabilnega južnega vetra smo preučevali (Rakovec in sod., 2004) za realistične in idealizirane oblike Alp. Posebej smo obravnavali poenostavljene oblike Alp, ki so bile z ali brez gora v območju Trentina. Podobno smo vključevali in izključevali tudi Dinarsko gorstvo vzhodno od glavnega masiva Alp. Tudi realistični relief smo spreminjali na podobne načine. Če smo simulirali dogajanje z idealiziranim reliefom Alp, ki je imel Dnevni prag klimatologija MAP SOP Pov p. Mak s. 1 mm 32 58 25 20 mm 12 21 15 40 mm 9 80 mm 6 16 vključene gore v Trentinu in Dinarsko gorstvo, potem se je stabilni jugozahodnik razcepil preden je prišel do Trentina. Tok je konvergiral v Tičinu in v jugovzhodnih Alpah. Zaradi Dinarskega gorstva se je pojavil tok vzdolž njegovega zahodnega pobočja. (Slika 3 levo) Če Dinarskega gorstva ni, potem je konvergenca nad jugovzhodnimi Alpami dosti manj izrazita. Konvergenca v Tičinu je torej posedica zahodnih Alp in gora v Trentinu, konvergenca v jugovzhodnih Alpah pa posledica Dinarskega gorstva in Trentinskih gora (Slika 3, desno). Slika 3 - Vertikalna hitrost (odtenki sivine, po 0.1 m/s) in tokovnice 50 metrov nad tlemi nad idealiziranima reliefoma Alp za stabilni jugozahodni veter. Izohipse so na 500 metrov. (po Rakovec in sod., 2004). Za vetrovne razmere z manjšo vertikalno stabilnostjo so učinki konvergence v konkavnih oblikah manj izraziti. V realističnih primerih prav tak tok povzroči največ padavin. V času MAP SOP je bilo 15 situacij, ko je prevladoval južni do jugozahodni veter in so bile vzdolž južnih Alp padavine. Vse te dni smo (Vrhovec in sod., 2004 b) simulirali s pomočjo hidrostatičnega modela (ALADIN) in s pomočjo nehidrostatičnega modela MM5. Za vsako od situacij smo izračunavali količino padavin in simulirane padavine sešteli za vse dni skupaj. Rezultati simulacij (seštete 24-urne simulirane padavine) se dobro ujemajo z izmerjenimi količinami padavin, oboje padavine so preračunane v enako mrežo (slika 4). Slika 4 - Skupne padavine za izbranih 15 padavinskih dni med MAP SOP. a) simulirano z realističnim reliefom, b) interpolirano na podlagi prizemnih opazovanj (po Vrhovec in sod., 2004b). 17 Vpliv velikih reliefnih oblik (z velikostjo nad 200 km) smo proučevali s pomočjo modifikacij realističnega in idealiziranega reliefa in s simulacijo vseh 15 dni s padavinami. Rezultati (seštete simulirane padavine za IOP 2b) za modifikacije realističnega reliefa so prikazani na sliki 5. Pravi relief (slika 5 a) povzroči v Alpah dve izraziti padavinski območji, eno v Tičinu, drugo v Venetu (vzhodno od Trentina), v Trentinu pa je padavin dosti manj. Če smo odstranili relief gora v Trentinu, se je razporeditev padavin bistveno spremenila (Slika 5 b). Padavine so v tem primeru enakomerno porazdeljene vzdolž južnega dela alpskega loka, maksimum pa je v Tičinu. Slika 5 - Razporeditvev padavin na območju Alp za MAP IOP 2b (20. sept. 1999), dobljene z numerično simulacijo z modelom MM5. a) realistični relief, b) realistični relief brez gora v Trentinu, c) isto kot b), le da je nagib reliefa v novem Trentinu za polovico manjši. Puščice označujejo povprečen veter v 24-urnem intervalu simulacije. V novem Trentinu, kjer v modificiranem reliefu ni gora, je na sliki 5 b južno pobočje Alp tako strmo, kot so v resnici strme gore v Tičinu. Da bi preučili vpliv strmine reliefa, smo relief v novem Trentinu preoblikovali tako, da ima (na sliki 5 c) dvakrat manjši nagib. Zato se količina padavin v novem Trentinu razporedi na nekoliko širši pas, intenziteta se zmanjša za tretjino, a lokacija maksimuma ostaja na istem mestu. Tako lahko sklepamo, da sta dve tretjini prispevka k padavinam povezani z na novo ustvarjeno konkavno obliko, ki je nadomestila prej konveksno obliko v Trentinu. Odstranitev Dinarskega gorstva vzhodno od Alp bistveno vpliva na konkavno obliko reliefa v Furlaniji in zahodni Sloveniji. Maksimum padavin v tem območju pri takšnih simulacijah izgine, saj jugozahodnega toka Dinaridi ne preusmerjajo več k Alpam, tako da konvergenčna cona izgine. 15 dni s padavinami med MAP SOP predstavlja dober izbor jesenskih padavinskih situacij. Večinoma je bil tok tedaj le zmerno stabilen, tako da je prišlo do zaustavljanja in cepljenja toka le v spodnjih plasteh ozračja ob Alpah, drugače pa je bilo nekoliko višje v ozračju. Tam so se ob vseh primerih intenzivno pojavljale prisilno povzročene nevihte. Posebno izrazite so bile v intenzivnih opazovalnih obdobjih IOP 2b, IOP5 in IOP8, ko so bile opažene močne nevihte in nevihtne linije (Rottuno in Ferretti, 2003, Pradier in sod., 2003, Richard in sod., 2003, Vrhovec in sod.. 2004a). Pogoj za takšne nevihte je prisilni dvig nad nivo proste konvekcije. Gorski masiv mora torej biti višji od tega nivoja in padavinske celice se ustvarijo na privetrni strani grebena, nato pa s tokom potujejo prek grebena na zavetrno stran. Pomembno je poudariti, da so modelski reliefi (tudi t. i. realistični reliefi) še vedno bistveno manj strmi, kot je relief v naravi. 18 Modelski reliefi imajo tipične priraste višine med 10 in 25 m/km, naravni (če jih gledamo z ločljivostjo 1 km) pa imajo strmino večinoma desetkrat večjo. Med omenjenimi tremi MAP IOP je bil nivo proste konvekcije vedno okoli 1500 m nadmorske višine. Tako so bile alpske gore dovolj visoke, da je prišlo ob njih do neviht. Čeravno so iste zračne gmote in fronte potovale prek Padske in Furlanske nižine, je bila količina padavin nad njimi kar desetkrat manjša od sočasne količine padavin v Alpah. Še več: alpsko predgorje v Furlaniji, ki ne doseže 1000 m (npr Brda), je bilo prenizko, da bi sprožilo nevihte, šele prvi grebeni Kanijskih in Julijskih Alp (npr. Matajur, Kanin, Krn, Bohinjske gore) so bili dovolj visoki, da je tam prišlo do neviht. Lep primer neenakomerne sočasne razporeditve padavin je prikazan na sliki 6 s potekoma padavin na postajah Udine (Videm, Italija) in Soča. Slika 6 - Urne količine padavin v času IOP5 3–5. 10 1999 za postaji Soča (levo) in Udine (Videm) desno. Slika 7 - Radarske slike padavin nad Furlanijo in zahodno Slovenijo, dobljene s pomočjo radarja OSMER v Fossalonu za obdobje od 0:26 do 8:06. 4. oktobra 1999. Nevihtne celice se ves čas zadržujejo nad Alpami, osrednje območje slik (okoli radarja) je brez padavin razen ob prehodu nevihtne linije okoli 8:06. 19 Na podlagi analiz klimatoloških podatkov, meritev v okviru MAP in numeričnih simulacij lahko povzamemo, da so glavni vzroki za padavinski maksimum v Julijskih in Karnijskih Alpah: a) v sinoptični skali prevladuje vpliv vlažnega jugozahodnika v okviru Sredozemskega ciklona pred njegovimi frontami; b) strma privetrna pobočja teh gora; c) na privetrni strani pred temi gorami ni nobenih orografskih ovir, medtem ko so južno od Tičina na privetrni strani Padske nižine Apenini, prek katerih se mora tok najpred dvigniti, preden doseže Alpe; d) če je tok stabilen, potem v konveksnih oblikah pride do stekanja zraka in posledično do okrepljenega dviganja; e) če je tok nestabilen, potem se zrak dvigne nad višino nivoja proste konvekcije, saj so Julijske in Karnijske Alpe dovolj visoke; f) jugovzhodne Alpe so stacionarnemu južnemu do jugovzhodnemu vetru pred frontalnim sistemom sredozemskega ciklona izpostavlje dlje časa kot zahodne Alpe, saj se ciklon ob zahodnih Alpah formira, nato pa se pomika proti vzhodu. Vpliv manjših reliefnih oblik na tok zraka okoli Alp Vpliv manjših reliefnih oblik na tok zraka okoli Alp smo preučevali s pomočjo meritev vetrovnega polja in prostorske razporeditve padavin ob dogodku MAP IOP5 (4. 10. 1999). Tedaj se je prek severnoitalijanskih nižin premikala izrazita konvektivna linija. Meritve smo opravljali s pomočjo zemeljskih in letečih dopplerjevih radarjev. Dodatno smo (Pradier in sod.. 2002) situacijo numerično simulirali z nehidrostatičnim mezometetoškim modelom Meso Nh. Meritve dopplerjevega radarja na letalu Electra med 0720 in 0735 UTC pokažejo, da sta bila sočasno prisotna dva vetrovna sistema: nad Furlanijo je pihal topel jugozahodni veter v višjih plasteh ozračja, nižje, do višine 3 km pa je iznad Slovenjie prek grebenov Julijskih Alp in Dinarskega gorstva vdiral hladen severovzhodnik ter se spuščal proti severnemu Jadranu. Nad Furlansko ravnino je prevladoval jugozahodni veter, tam se je pomikala konvektivna linija. Severovzhodnik, ki se je prelival prek gorskih grebenov, je omogočil učinkovitejše dviganje jugozahodnika, zato so bile ob vznožju gora padavine še močnejše. Padavine so bile organizirane v tri enakomerno razporejene celice, ki so bile med seboj oddaljene okoli 20 km (območja dvigovanja zraka na sliki 8 b). Najmočnejša celica se je zadrževala le nekaj kilometrov stran od območja z največjim gradientom reliefa. Največje vertikalne hitrosti so bile tam celo prek 5 m/s na višini okoli 5000 m. Tako močno dviganje je posledica konvergence spodaj ležečega severovzhodnika in višje ležečega jugozahodnika. Oboje je povezano z nagibom reliefa. Le malo bolj severno od te celice je prišlo do izrazite spremembe v vetrovni strukturi, pa tudi intenziteta padavin se je bistveno zmanjšala. Od tam naprej ni bilo več konventivnih padavin, pač pa je bila glavnina Julijskih Alp bila deležna enakomernih stratiformnih padavin. Domnevamo, da so te padavine povezane s trajektorijami ledenih kristalov, ki so se formirali ob nevihtnih celicah južno od grebenov, a jih je tok odnesel dalje proti severu. Ti kristali so izdatno posuli tamkajšno stratiformno oblačnosti in okrepili padavine. 20 Slika 8 - Presek radarske odbojnosti (izolinije na 10 dBZ) in vetrovni vektorji (a) ter vertikalna komponenta hitrosti (izolinije na 0.5 m/s) (b). Neprekinjena črta spodaj predstavlja relief v preseku Julijskih Alp. Vpliv drobnih značilnosti relifa na razporeditev vetrov in padavin smo preverili z dvema numeričnima simulacijama s pomočjo modela Meso Nh. (Lafore in sod., 1998). Na slikah 9 so prikazani relief in vetrovi pri tleh in sicer na sliki 9 a) z ločljivostjo računanja 1 km, na sliki 9 b) pa z 9 km. Na obeh slikah je prikaza veter z ločljivostjo 9 km. Na sliki z boljšo ločljivostjo računanja niso vetrovi le bolj nehomogeni in bolj močni, ampak se pojavljajo tudi dodatne konvergenčne črte. Lokacija nevihtne črte (debela črta nad Jadranom oziroma Istro) je bistveno različna. Obe simulaciji sicer podajala linijsko strukturo padavinskega območja, a izrazitejši severovzhodnik, ki se prek in okoli alpskih grebenov v simulaciji z boljšo ločljivostjo zliva proti Furlaniji, bistveno upočasni premikanje konvektivne linije. Takšna simulacija dogajanja bistveno bolje ustreza opaženemu dogajanju. Strmejši in izrazitejši relief v simulacijo z boljšo ločljivostjo računanja je namreč dosti učinkovitejši usmerjevalec toka, kot bolj zglajeni relief v slabši računski ločljivosti. Položaja tople in hladne fronte sta v simulaciji z ločljivostjo 1 km bistveno bolj v skladu z analizo prizemnih vetrov.(Vrhovec in sod., 2004a). 21 Slika 9 - Simulirani vetrovi nad zahodno Slovenijo in Furlanijo za 9.00 UTC 4. 10. 1999. a) ločljivost računanja 1km, b) ločljivost računanja 9 km. Na obeh slikah so narisani vetrovi na vsakih 9 km. Senčenje predstavlja nadmorske višine reliefa na vsakih 500 metrov (Pradier in sod., 2002). Literatura Cheng-Ku,Y., Roux, F. and Jorgensen, D., 2001: Airborne Doppler observations of a convective system over the Eastern Alps during MAP IOP5. 20 th Int. Conf. Radar Meteorol., 19-24 July 2001, Munich, Germany, Boston, AMS, 530-532. Frei, C., and Schär, C., 1998: A precipitation climatology of the Alps from high-resolution rain- gauge observations. Int. J. Climatol. 18, 873-900. Grossman, R. L., and Durran, D. R., 1984: Interaction of low-level flow with the western Ghat Mountains and offshore convection in the summer monsoon. Mon. Wea. Rev. 112, 652-672. Lafore, J.P., in sod., 1998: The Meso-NH atmospheric simulation system. Part I: Adiabatic formulation and control simulations. Annales Geophysicae 16, 90-109. Kastelec D., Vrhovec T., 2000: The spatial interpolation of the daily precipitations in the mountainous regions in Slovenia: 26th International Conference on Alpine Meteorology, Innsbruck 2000, Österreichische Beiträge zu Meteorologie und Geophysik. 23, CD-ROM, OA27. Pradier S., Chong M., Roux F. 2002: Radar observations and numerical modeling of a precipitating line during MAP IOP 5, Mon. Wea. Rev. 130, 2533-2553. Rakovec J., Gaberšek S., Vrhovec T., 2004: Relief shapes and precipitation at the south side of the Alps - Relief characteristics and dry sensitivity simulations, Meteorol. Z 13, 83-90. Richard E., Cosma, S,. Tabary P. in sod., 2003, High resolution numerical simulations of convective system observed in Lago Maggiore area on 17 September 1999 (MAP IOP2 b) . – Quart. J. Roy. Meteor. Soc. 129 (MAP issue) 543 –564. Rottuno, R, Ferretti R., 2003: Orographic effects on rainfall in case IOP 2b and IOP 8. – Quart. J. Roy. Meteor. Soc. 129 (MAP issue) 373 – 390. Schneiderreit M., Schär C., 2000: Idealised Numerical Experiments of Alpine Flow regimes and Southside Precipitation events. – Meteol. Atmos. Phys. 72, (HERA issue) 233- 250. 22 Vrhovec, T., Gregorič, G., Rakovec, J. and Žagar, M. 2001: Observed versus forecasted precipitation in the South-east Alps. Meteorol. Z., 10, 17-27. Vrhovec, T., Rakovec, J. Gregorič, G., 2004a: Mesoscale diagnostics of prefrontal and frontal precipitation in the Southeast Alps during MAP IOP 5, Meteorol. Atmos. Phys. 86, 15 – 30. Vrhovec T., Rakovec, J., Gaberšek S., Skok G., Žabkar R. and Gregorič G., 2004b: Relief shapes and precipitation on the south side of the Alps – Part II: Heavy-rain cases during MAP and sensitivity to topography modifications Meteorol. Z. 13, , No. 3, 1-8 . 23 INTERPOLACIJA IZMERJENIH 24-URNIH PADAVIN V PRAVILNO MREŽO ZA NAMEN PRIMERJAVE Z NUMERIČNIM MODELOM ZA NAPOVEDOVANJE VREMENA Gregor Skok * , Tomaž Vrhovec * Povzetek S primerjavo izmerjenih padavinskih polj, dobljenih s tremi različnimi interpolacijskimi metodami, smo ugotovili, da je pri izbiri območja interpolacije potrebno paziti, da ne pride do ekstrapolacije. Ugotovili smo, da je interpolacija v visoko ločljivost (1 km, 2 km) nezanesljiva, ker dajejo različne interpolacijske metode iz istih podatkov precej različne rezultate. Rezultat je ponavadi najbolj različen tam, kjer je količina padavin večja, saj so tam tudi večji gradienti količine padavin. Ugotovili smo, da pri ločljivostih interpolacije, ki so bolj grobe, kot je razdalja med merskimi postajami, različne metode dajejo podobna polja. Pri tem pa je treba paziti, da naredimo interpolacijo v pravilnem vrstnem redu: najprej interpoliramo v boljšo ločljivost (npr. 1 km) in šele nato agregiramo v slabšo. Tako dobljena polja so dokaj neodvisna od izbrane interpolacijske metode in primerna za primerjavo z numeričnim modelom za napovedovanje vremena. Uvod Trenutni numerični modeli za napovedovanje vremena na omejenem območju (Limited Area Model - LAM) imajo ločljivost okoli 10 km. Modeli kot izhod podajo dvodimenzionalno polje akumulacije padavin v izbranem časovnem intervalu. Da bi ocenili njihovo sposobnost napovedovanja padavin, pa je treba modelsko polje primerjati z izmerjenim. Realnega polja padavin v resnici ne poznamo, lahko ga samo ocenimo iz meritev. Največ meritev operativnih mrež ima 24-urni akumulacijski interval. Slovenska 24-urna padavinska merilna mreža je sestavljena iz okoli 200 padavinskih postaj, ki so bolj ali manj enakomerno razporejene po območju Slovenije. Ker so postaje bolj ali manj naključno razporejene po območju, model pa poda padavine v pravilni mreži, je potrebna interpolacija meritev v pravilno mrežo. Ponavadi interpoliramo vrednosti s postajaj na mrežo modela, včasih pa se dela tudi obratno (modelske vrednosti se interpolira v točke postaj). Vendar pa je med padavinami iz modela in meritvami iz postaj še ena pomembna razlika. Model namreč poda povprečne padavine v modelski celici, postaje pa podajo točkovne vrednosti padavin (Slika 1 levo). * Univerza v Ljubljani, Fakulteta za matematiko in fiziko, Jadranska 19, Ljubljana. 24 Slika 1 - Levo: Območje z modelskimi točkami (sivi krogi, obrobljeni s črno) in padavinskimi postajami (rdeči krogi). S pravokotno mrežo je označena velikost modelskih celic. Neznano vrednost v osenčeni celici dobimo z interpolacijo iz vrednosti okoliških postaj (označenih z roza puščicami). Desno: metoda agregacije. Združimo 4 x 4 točke (črne pike) v eno povprečno vrednost celice (modri kvadrati z rdečo piko na sredini). Uporabljene interpolacijske metode Uporabljali smo tri vrste interpolacijskih metod:  Metoda tehtanih drsečih sredin  Univerzalni kriging  Metoda radialnih baznih funkcij Metoda tehtanih drsečih sredin (IWD) Metoda izračuna vrednost v izbrani točki z uporabo uteženega povprečja meritev na okoliških postajah, ) ( ...... ) ( ) ( ) ( 2 2 1 1 n n x F x F x F x F               , (1) kjer so ) ( ),..., ( ), ( 2 1 n x F x F x F    na postajah izmerjene vrednosti in n    ,...., , 2 1 uteži. Število bližnjih postaj, ki jih upoštevamo - n, je skoraj vedno manjše od celotnega števila postaj N. Privzamemo namreč, da postaje daleč stran na našo vrednost ne vplivajo - metoda je lokalna. Pri naših interpolacijah smo si izbrali n = 10. Pri tem za uteži velja: , 1 2 i i r   kjer je i r evklidska razdalja med našo točko in postajo. 25 Univerzalni kriging Pri univerzalnem krigingu je najprej potrebno oceniti obliko trenda polja (ponavadi vzamemo kar linearne in kvadratne trende). S pomočjo vrednosti na postajah, od katerih smo trend že odšteli, nato poizkušamo oceniti prostorsko povezanost padavin. Takšna ocena nam omogoča izračun uteži n    ,...., , 2 1 , ki kar najbolje ustrezajo našim podatkom. Ko imamo uteži, vrednost izračunamo identično kot pri metodi tehtanih drsečih sredin (Enačba 1). Več o tem v Creesie, 1993, ali Kastelec D., 2001. Metoda radialnih baznih funkcij (RBF) Vrednost v neki točki dobimo kot: ) ( ...... ) ( ) ( ) ( 2 2 1 1 N N r a r a r a x F            , (2) kjer so ) ( ),...., ( ), ( 2 1 N r r r    radialne bazne funkcije iste oblike, odvisne le od evklidske razdalje med točko interpolacije in neke postaje - i r . Koeficienti i a se določijo s tem, da mora biti vrednost funkcije ) (x F  na lokacijah postaj enaka izmerjenim. Za radialno bazno funkcijo smo si izbrali multikvadratno: 2 2 ) ( c r r    , pri čemer smo si za koeficient c izbrali povprečno razdaljo do najbližje sosednje postaje. Kot vidimo pri izračunu interpolirane vrednosti, upoštevamo prav vseh N postaj. To pomeni, da lahko postaje tudi daleč stran vplivajo na našo vrednost. Metoda je zato globalna. Agregacija Agregacija ni interpolacijska metoda v pravem pomenu besede. Omogoča nam gladek prehod v slabšo ločljivost. Pri Agregaciji K-tega reda združimo K x K točk v eno povprečno (aritmetično povprečje) vrednost celice (Slika 1 desno). Ta vrednost nam predstavlja povprečno količino padavin na celotni celici. S tem dobimo K-krat slabšo ločljivost. Metoda je liearna in ima tudi lepo lastnost, da ohranja skupno količino padavin na območju. Območje interpolacije Za obdelavo smo si izbrali območje Slovenije. Da bi se izognili efektom ekstrapolacije, smo to območje zmanjšali na velikost, ki je vidna na Sliki 2. 26 Slika 2 - Topografija Slovenije (barvna lestvica) z označenimi lokacijami padavinskih postaj (bele pike) in označenim območjem interpolacije (osvetljeno območje) Izbrane vremenske situacije Za obdelavo smo si izbrali štiri vremenske situacije. Dve od teh sta bili situaciji z ekstremno veliko količino padavin, ko je bilo na vsaj eni izmed postaj izmerjeno nad 200 mm padavin (6.9.1998 in 7.10.1998). Drugi dve sta bili situaciji z nekoliko manjšo, a še vedno veliko količino padavin (26.3.1990 in 12.11.2001). Več podatkov o situacijah je v Preglednici 1. V Preglednici 1 je dobro viden tudi razpon izmerjenih padavin. Pri situaciji 7.10.1998 je bilo na eni izmed postaj izmerjeno 237.3 mm, na neki drugi pa le 0.4 mm. Takšni podatki nam povedo, da je prostorska variabilnost 24-urnega padavinskega polja lahko zelo velika. N min [mm] max [mm] Povp. [mm] std. dev. [mm] 6.9.1998 229 9.1 219.5 60.9 30.0 7.10.1998 229 0.4 237.3 35.2 30.9 26.3.1990 179 14.1 81.3 39.5 14.0 12.11.2001 176 0.4 60.3 14.5 9.5 Preglednica 1 - Izbrane vremenske situacije. N - število delujočih padavinskih postaj, min - najmanjša izmerjena količina padavin, max - največja izmerjena količina padavin, povp. - povprečna vrednost izmerjenih padavin za vse postaje, std. dev - standardna deviacija izmerjenih padavin Interpolacija z različnimi interpolacijskimi metodami Če uporabimo postopek navzkrižnega preverjanja 1 , je najboljši univerzalni kriging, sledi IWD in na koncu RBF. Vendar so pri tem razlike med metodami minimalne. Težko rečemo, da je ena metoda boljša kot druga. Pri vseh metodah se na nekaterih postajah pojavljajo odstopanja v velikosti do 50 mm. 1 Navzkrižno smo preverili le postaje, ki nam padejo znotraj obrezanega območja iz Slike 2 27 Na Slikah 3 in 4 so vidne interpolacije za situacijo 6.9.1998. Narejene so v 1 km mrežo, v 8 km mrežo agregirano iz 1 km in v 16 km mrežo agregirano iz 1 km. Pri 1 km mreži se na lokacijah kamor kažejo puščice, vrednosti, dobljene z različnimi metodami, močno razlikujejo. IWD tam določi okoli 74 mm, univerzalni kriging 100 mm, RBF pa 120 mm. Kljub temu, da smo za interpolacijo uporabili iste podatke, je vsaka metoda za to lokacijo napovedala precej drugačno vrednost. Situacija je podobna pri 8 km mreži. IWD poda okoli 80 mm, univerzalni kriging 100 mm, RBF pa 120 mm. Ko preidemo v 16 km mrežo, se razlike med metodami občutno zmanjšajo. IWD poda okoli 70 mm, univerzalni kriging 75 mm, RBF pa 80 mm. 74 mm 80 mm 100 mm 100 mm 120 mm 120 mm Slika 3 - Situacija 6.9.1998. Interpolacija padavin v 1 km mrežo (levo). Agregacija 1 km padavin v 8 km mrežo (desno). S puščicami so označene lokacije, kjer primerjamo vrednosti interpoliranih padavin. IWD IWD kriging kriging RBF RBF 28 Izkaže se, da je razlika v tem, da v našo izbrano celico tudi pri ločljivosti pri 8 km ne pade nobena postaja, pri 16 km pa dve (Slika 5). Izkaže se, da mora biti v vsaki celici vsaj nekaj postaj, če hočemo, da bo naše interpolirano polje neodvisno od metode interpolacije. Če privzamemo še, da so postaje enakomerno razporejene po območju, lahko rečemo, da je prejšnji pogoj enak tudi trditvam, da mora biti ločljivost interpoliranega polja slabša, kot je ločljivost postaj, ali da mora biti število postaj na območju večje, kot je število točk interpolacijske mreže. Omenimo še, da je bilo za omenjene štiri situacije narejenih veliko primerjav med polji, dobljenimi z omenjenimi interpolacijskimi metodami, ki jih tukaj nismo omenili. Z njimi za vse štiri situacije dobimo podobne ugotovitve kot zgoraj. Slika 4 - Situacija 6.9.1998. Agregacija 1 km padavin v 16 km mrežo. S puščicami so označene lokacije, kjer gledamo vrednosti interpoliranih padavin. Slika 5 - Situacija 6.9.1998. Agregacija 1 km padavin v 8 km (levo) in 16 km mrežo (desno) z metodo RBF. Z belimi pikami so označene lokacije postaj. 75 mm 70 mm 80 mm RBF IWD kriging 29 Zaključek Pri interpolaciji izmerjenih padavin v pravilno mrežo je treba paziti, da je območje interpolacije na vseh straneh obdano z dovolj postajami, da ne pride do ekstrapolacij. Na naših štirih situacijah se je izkazalo, da interpolacija v visoko (1 km, 2 km) ločljivost ni smiselna, saj lahko različne interpolacijske metode dajejo povsem različne rezultate. Polja se ponavadi bolj razlikujejo tam, kjer je padavin veliko, tam imamo namreč ponavadi tudi večje gradiente. Smiselna je agregacija teh polj v bolj grobo ločljivost (slabšo kot je ločljivost postaj). Tako dobljena polja so dokaj neodvisna od interpolacijske metode. Res je, da je ločljivost teh polj v Sloveniji omejena na okoli 10 km, vendar je takšna ločljivost tudi trenutnih numeričnih modelov. Boljša ločljivost pri interpolaciji 24-urnih akumulacij ni smiselna, saj je povsem odvisna od interpolacijskega postopka. Še bolj groba ločljivost je smiselna za urne akumulacije padavin, saj je tam razdalja med postajami večja od 25 km. Ko pa bo čez čas ločljivost prognostičnih modelov boljša od sedanje ločljivosti 10 km, pa direktna primerjava modelskih padavin z izmerjenimi 24-urnimi sploh ne bo več mogoča. Najpreprostejšo rešitev predstavlja agregacija modelskega polja v slabšo ločljivost in preverjanje delovanja modela v takšni ločljivosti, kakršno ima merska mreža. Boljša in seveda dražja rešitev pa je zgostitev merske mreže. Literatura Cressie N. A. C., 1993: Statistics for Spatial Data, Revised Edition Wiley Series in Probability and Mathematical Statistics. 900p. Kastelec D., 2001: Objektivna prostorska interpolacija meteoroloških spremenljivk in njihovo kartiranje. Doktorska disertacija, Fakulteta za matematiko in fiziko v Ljubljani, Univerza v Ljubljani. 152p. 31 UGOTAVLJANJE PODZEMNEGA PRETAKANJA VODE V KRASU KOT OSNOVA ZA NAČRTNO TRAJNOSTNO GOSPODARJENJE S PROSTOROM Janja Kogovšek * Povzetek Pogoste nesreče na kraškem površju, tako izlitja nevarnih snovi ob prometnih in industrijskih nesrečah kot tudi vse druge vrste onesnaževanja kraškega površja, ogrožajo kakovost kraške vode. V primeru, ko pride do onesnaženja na območju zaledja kraškega izvira, ki je zajet za oskrbo prebivalstva s pitno vodo, je lahko ogroženo tudi zdravje ljudi. V preteklosti je bilo potrebno že večkrat zaradi onesnaženja izključiti tak vodni vir za določen čas iz vodnega omrežja. V primeru večjega onesnaženja pa je potrebno iskati celo nadomesten vir. Za trajnostno gospodarjenje s kraškimi vodami v okviru načrtnega in dolgoročnega gospodarjenja s kraškim prostorom je nujno poznavanje zaledij kraških izvirov, ki so zajeti za vodovode, saj le tako lahko načrtujemo ustrezne dejavnosti na površju in sočasno trajnostno zagotavljamo zdravo pitno vodo. Uvod Slovenija je izrazito kraška dežela. Kras je zaradi svojih naravnih značilnosti zelo občutljivo okolje. Naravne lastnosti krasa, ki so odvisne od geoloških in hidrogeoloških značilnosti, opisujemo kot ranljivost krasa. Ta omogoča oceno občutljivosti krasa na različne vplive onesnaževanja. Številni primeri onesnaženja krasa v preteklosti so pokazali, da na kraškem svetu sanacije niso učinkovite in da je nujna preventiva. Ker pa se le ne moremo popolnoma izogniti določenemu številu nesreč, moramo biti nanje čim bolje pripravljeni. Ob morebitni nesreči je potrebno predvsem hitro in pravilno ukrepanje, ki mora temeljiti na ustrezni predhodni pripravi in strokovno izdelanih projektih, povzetih v zakonsko sprejetih kodeksih varovanja kraških vodnih virov (Kogovšek & Petrič, 2002a). Varovanja krasa se moramo lotiti celovito, pri čemer je temeljni pogoj dobro poznavanje krasa, predvsem zaledij zajetih kraških izvirov kot tudi potencialnih vodnih virov. Tako upravljavci vodovodov kot tudi onesnaževalci morajo biti seznanjeni z razlogi in načini varovanja kraške vode. Zelo pomembna je tudi vzgoja in izobraževanje mladine in širše javnosti. Kraške vode ogrožajo naselja, industrija, kmetijstvo, promet in drugo. Skoraj ni dejavnosti, ki ne bi proizvajala odpadkov ali odpadnih voda in v različni meri onesnaževala kras in kraške vode. Kmetijstvo povzroča razpršeno onesnaževanje kraškega površja zaradi gnojenja in uporabe zaščitnih snovi, medtem ko izpusti odpadnih voda, odlagališča odpadkov ter razlitja nevarnih snovi ob raznih nesrečah pomenijo točkovno onesnaženje. V preteklosti je prihajalo kar pogosto do prometnih nesreč, v katerih so bili udeleženi prevozniki naftnih derivatov. Ker promet narašča, je tudi verjetnost takih nesreč kljub dosedanjim opozorilom in izkušnjam še vedno velika. Prišlo je tudi do izlitij naftnih derivatov na nekraškem svetu, od koder pa vodotoki odtekajo do krasa in vanj ponikajo. To pomeni, da je vplivno območje kraških voda večje, kot je samo območje krasa. * Inštitut za raziskovanje krasa ZRC SAZU, Titov trg 2, 6230 Postojna, Slovenija, kogovsek@zrc-sazu.si 32 Nesreče na krasu Najbolj onesnažene so tiste kraške vode, ki se stekajo z gosto naseljenega krasa z razvito obrtjo, industrijo in turizmom, saj številna naselja z industrijo še nimajo čistilnih naprav. Te bi zadovoljivo očistile odpadne vode pred izpusti v reke ponikalnice, ki nato ponikajo v kras. Tudi onesnaževanje na obrobnem nekraškem svetu, kjer površinski vodni tokovi odtekajo v smeri kraškega sveta in vanj ponikajo, enako vpliva na kakovost kraške vode. Temu onesnaževanju pa se pogosto pridružujejo še razlitja nevarnih in škodljivih snovi ob nesrečah v prometu, industriji in drugod. Kot zelo škodljivi so se pokazali naftni derivati. Ker niso topni v vodi, in se torej ne mešajo z vodo, se njihov prenos skozi kras razlikuje od prenosa topnih snovi. Vendar pa so opazovanja posledic po razlitju naftnih derivatov v preteklosti pokazala, da ubirajo vodne poti in da so za njihov prenos pomembne padavine. Pred več kot tremi desetletji se je v vrtačo na Ravbarkomandi pri Postojni zvrnila cisterna s 25 000 l jedilnega olja. Po nekaj urah je bila v dnu vrtače le še rumena lisa. Oktobra 1976 sta na progi med Rakekom in Planino trčila dva tovorna vlaka in izteklo je 60 ton nafte. Na srečo se to ni zgodilo na odseku Postojna-Rakek, saj bi bila v takem primeru ogrožena kakovost Malenščice. Ker ni bila ogrožena kakovost pitne vode, tedaj niso bili sprejeti nobeni zaščitni ukrepi niti opravljene raziskave, kam je odtekla nafta. Kasneje so v naraslih jesenskih vodah opazili sklenjen oljni madež v Mali Ljubljanici (Habič, 1988). V začetku maja 1984 je iz Petrolovega skladišča v Postojni izteklo 18 000 l naftnih derivatov. Ker je bilo v preteklosti izvedeno sledenje v neposredni okolici skladišča, ki je pokazalo, da se v sušnih razmerah sledilo pojavi po 16 do 18 dneh v 6 km oddaljenem izviru Malenščice, so nafto pričakovali v tem izviru. Vendar se v Malenščici ni pojavila in se ne ve, kam je odtekla. Nesreča z naftnimi derivati se je leta 1991 zgodila tudi v Tovarni kemičnih kondenzatorjev (KEKO) v Žužemberku, kjer je v daljšem obdobju zaradi napake na napeljavi izteklo v kras 30 000 litrov kurilnega olja. Ker se je le-to zadržalo dalj časa v izoliranem oljnem madežu in je le počasi odtekalo v Krko, ni prišlo do takojšnjih usodnih posledic za rečno živalstvo. Pogosta so tudi izlitja naftnih derivatov ob prometnih nesrečah. Do takih izlitij je prišlo oktobra 1993 pri Kozini in oktobra 1994 pri Obrovu (Kogovšek, 1995). In še bi lahko naštevala. Ugotavljanje podzemnega pretakanja vode v krasu kot osnova načrtne rabe prostora V zadnjih letih se končno le udejanja spoznanje o potrebi raziskovanja pretakanja podzemnih kraških voda ob načrtovanju posegov v kraškem prostoru. Sledilni poskusi z umetnimi sledili (fluorescentnimi sledili) so se pokazali kot zelo uporabna metoda, tako za ugotavljanje smeri kot hitrosti pretakanja vode in morebitnega onesnaženja (Kogovšek & Petrič, 2003). Prvo tako sledenje je bilo leta 1991 z dvorišča tovarne KEKO, da bi ugotovili, kam je odtekalo kurilno olje. Leta 1997 je bilo naročeno in izvedeno sledenje kraških voda z območja vojaškega poligona Poček z območja Javornikov, leta 1999 sledenje Tržiščice zaradi načrtovanja razširitve skladišč naftnih derivatov pri Ortneku in leta 2001 sledenje ob načrtovanju 2. tira železnice Koper–Divača, ko smo injicirali sledilo v ponor pri Ocizli, da bi preučili vpliv te gradnje na kraške vode. 33 Vojaški poligon Poček na Javornikih Sledenje z območja vojaškega poligona Poček na kraškem območju Javornikov je naročilo Ministrstvo za obrambo, da bi ugotovili možen vpliv dejavnosti na Počku na zajeti izvir Malenščico. Rezultati, ki sem ji že predstavila (Kogovšek, 1999, 2001), so pokazali, da se padavine raztekajo v različnih smereh in z njimi morebitno onesnaženje. Skozi Malenščico je izteklo kar 55 % injiciranega sledila, največji del skoraj pol leta po injiciranju, v času intenzivnih in izdatnih jesenskih padavin. Uranin je iztekal tudi skozi 25 km oddaljen (zračna razdalja) izvir Vipave, ki je zajet za pitno vodo (Slika 1). 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 9. 6. 29. 6. 19. 7. 8. 8. 28. 8. 17. 9. 7. 10. 27. 10. 16. 11. 6. 12. Koncentracija uranina (ppb) Vipava Malni 1997 1998 Slika 1 - Pojav sledila v Malenščici in Vipavi po injiciranju na Počku Načrtovanje razširitve skladišča naftnih derivatov pri Ortneku Ob nesreči v skladišču naftnih derivatov pri Ortneku oktobra 1998, ko je iztekla neznana količina plinskega olja v bližnji potok, nato pa po Tržiščici skozi ponor Tentera v kras, so opazovali izvir Globočec, ki je zajet za vodno oskrbo Suhe krajine s pitno vodo. Glede na rezultate sledenja Tržiščice ob nizkem vodostaju (Novak, 1985, 1987) so namreč pričakovali, da bo plinsko olje odtekalo tudi v Globočec. Takojšnje analiziranje vode in kasnejši monitoring s fluorescenčnim spektrofotometrom sta pokazala, da se je plinsko olje pojavljalo v izviru po izdatnejših padavinah do maja 1999, vendar le nekajkrat v koncentracijah nekoliko nad 0,01 mg/l, medtem ko so občasno beležili prisotnost derivatov in nekoliko pogosteje značilen vonj. Prek poletja s skromnimi padavinami niso beležili povečanj prisotnosti derivatov vse do začetka oktobra, čeprav bi ob nizkem vodostaju po padavinah glede na omenjena sledenja pričakovali pojav plinskega olja. Kljub sorazmerno majhnemu onesnaženju Globočca pa so morali prebivalstvo kar lep čas oskrbovati z vodo iz cistern. V okviru načrtovanega povečanja skladišča naftnih derivatov pri Ortneku smo po naročilu Zavoda RS za blagovne rezerve izvedli sledenje, saj se rezultati starih sledenj (Novak, 1985, 1987) niso pokazali kot zanesljivi. Sledilni poskus je v pogojih upadanja pretokov od srednjih do nizkih vod (ocenjeni pretok Tržiščice ob injiciranju je bil med 300 in 400 l/s, pretok Globočca pa je v času vzorčenja upadal od 750 l/s do 90 l/s) pokazal, da voda Tržiščice odteka najprej predvsem v Tominčev studenec (s hitrostjo 4,6 cm/s) ter nekoliko počasneje v Javornikov in Debeljakov izvir pri Dvoru (Kogovšek & Petrič, 2002b). V znatno manjši meri in z velikim časovnim zamikom (82 dni po injiciranju), ob močno upadlem nivoju vode v krasu, se je uranin po ponovnih padavinah pojavil tudi v Podpeški jami (Slika 2). Po nadaljnjih padavinah v juliju je bil uranin prisoten tako v 34 izvirih pri Dvoru kot v Podpeški jami ter v Šici pri Mali Račni na Radenskem polju. V opisanih hidroloških razmerah pa nismo ugotovili pričakovane povezave z izvirom Globočcem, ki smo ga sicer vzorčili najbolj podrobno. Sledenje in pojav plinskega olja v Globočcu po razlitju pri Ortneku sta pokazala, da se pretakanje v krasu zelo spreminja in je odvisno od hidroloških razmer. Večina sledila, ki je dobro topno v vodi, je v koncentrirani obliki odtekla po v danih hidroloških razmerah najbolj prepustnih razpoložljivih kanalih. Del sledila se je zadržal v podzemlju daljši čas 0,001 0,010 0,100 1,000 10,000 15. 3. 4. 4. 24. 4. 14. 5. 3. 6. 23. 6. 13. 7. 2. 8. Koncentracija uranina (ppb) 0 20 40 60 Padavine (mm) P (mm) Tominčev Javornikov Debeljakov Podpeč 2000 Slika 2 - Pojav sledila v izvirih pri Dvoru in v Podpeški jami in je iztekal ob nižjih vodostajih po padavinah še v drugih razpoložljivih smereh. Glede na dosedanje izkušnje s snovmi, ki se z vodo ne mešajo oz. se v njej ne raztapljajo, vidimo, da se take snovi spirajo dalj časa v manjših količinah oz. gre za akumuliranje in daljše iztekanje. Primer onesnaženja Globočca s plinskim oljem pokazal, da tudi v primeru, če gre za sorazmerno majhno onesnaženje z nevarno snovjo, pomeni to lahko težke posledice. Zatorej bi bilo potrebno glede na dosedanje izkušnje ob načrtovanju dejavnosti na krasu, pa tudi na nekraškem svetu, ki je vplivno območje kraških voda, podrobno preučiti podzemno pretakanje voda ob različnih hidroloških razmerah ter upoštevati tudi vrsto možnega onesnaženja, ki lahko vpliva na kakovost pitne vode zajetij in potencialnih zajetij. V primeru nevarnejše snovi, ki že v zelo nizkih koncentracijah ogroža kakovost pitne vode, so tudi slabe povezave le ob določenem hidroloških razmerah lahko usodne. Načrtovanje 2. tira železnice Koper-Divača V Sloveniji v zadnjem desetletju pospešeno gradimo prometne povezave, ki potekajo tudi po kraškem svetu, saj je slaba polovica Slovenije kras. Ob načrtovanju 2. tira železnice Koper–Divača smo preučili vpliv te gradnje na kraške vode. Na ožjem obravnavanem območju so najpomembnejši izviri Rižana, Osapska Reka in Boljunec na italijanski strani. Na stiku kraškega vodonosnika z neprepustnim flišem so še številni manjši izviri, ki pa so lokalnega značaja. Najbližje trasi predvidene železnice so ponori Beško-Ocizeljskega jamskega sistema, ki skupaj drenirajo 3,5 km 2 veliko flišno površje (Kogovšek & Petrič, 2003). Da bi ugotovili, kam odteka voda s tega območja (Timeus, 1928, navaja zvezo z izviri v Boljuncu), predvsem ali obstaja povezava z zajetim izvirom Rižano oz. na katere izvire bi vplivalo morebitno onesnaževanje z območja železnice ob gradnji in kasneje ob njeni uporabi, smo izvedli sledilni poskus. Sledilo smo injicirali v Jamo s slapom na nadmorski višini 348 m konec marca 2001, v katero je tedaj ponikal potok s pretokom 32 l/s. 35 Po pričakovanju je sledilni poskus pokazal najbolšo povezavo z izvirom Pri pralnici v Boljuncu in v prelivnem izviru Jama, ne pa tudi v izviru Na placu, ki se tudi po fizikalno- kemičnih parametrih razlikuje od izvira Pri pralnici. Uranin se je v izviru Pri pralnici pojavil še pred padavinami, 84 ur po injiciranju. Tudi vrh sledilnega vala in glaven prenos sledila skozi izvir se je zgodil ob stalno upadajočem pretoku, ko je v 4 dneh skozi izvir izteklo 84 % injiciranega sledila. Navidezna hitrost pretakanja glede na maksimalno koncentracijo je bila 33 m/h. Sledil je dež, ki je povečal pretok šele 6. aprila, ko je bila sledilna krivulja že v upadanju in je vplival le na intenzivnejše spiranje zaostalega uranina. Njegova koncentracija je izrazito upadala še teden dni, nato pa zmerno do konca aprila, ko je dosegala vrednosti pod 0,05 ppb. Ob naraslem pretoku v začetku junija je zopet prišlo do spiranja zaostalega sledila. Do tedaj je skozi ta izvir izteklo že 91 % injiciranega sledila, verjetno pa so manjše količine iztekale še po sledečih padavinah. Sledenje ni pokazalo vodne povezave z Osapsko Reko, ki je 22. aprila presahnila, niti z manjšimi izviri. Znatno manj izrazit pojav injiciranega sledila kot v Boljuncu smo ugotovili v Rižani. V Rižani smo prve sledi uranina določili 10 dni po injiciranju, ko je pretok dosegel vrh vodnega vala ob pretoku 16,3 m 3 /s. Vsebnost uranina je nato upadla pod mejo določljivosti. Opaznejša povečanja koncentracije uranina (do 0,08 ppb) pa smo zabeležili šele 50 dni po injiciranju, ob nizkem, upadajočem pretoku, ko smo določili koncentracije do 0,64 m 3 /s. V začetku junija je prišlo do oblikovanja vodnega vala z maksimalnim pretokom 5 m 3 /s in do ponovnega spiranja uranina (do 0,055 ppb). Skozi Rižano se izteka dobra 2 % injiciranega sledila, spiranje uranina pa se je verjetno še nadaljevalo. Skupno je skozi oba izvira v dveh mesecih in pol izteklo 93 % injiciranega sledila (Kogovšek & Petrič, 2003). 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000 20. 3. 30. 3. 9. 4. 19. 4. 29. 4. 9. 5. 19. 5. 29. 5. 8. 6. 18. 6. Koncentracija uranina (ppb) 0 100 200 300 400 Q-Boljunec (l/s) Boljunec Rižana Q-Boljunec 20 Slika 3 - Pojav sledila v izvirih v Boljuncu in v Rižani Sklepi Sledilni poskusi na slovenskem krasu so v zadnjem desetletju pokazali sorazmerno široko raztekanje voda, ki pa se v odvisnosti od hidroloških razmer spreminja. Ugotavljamo, da prihaja pogosto ob različnih hidroloških pogojih do pretakanja vode v različnih smereh. Le sledenje, ki traja dovolj dolgo, lahko poda popolno sliko, tudi smeri, v katerih odteka voda le ob zelo nizkih vodostajih. Torej moramo biti v primeru onesnaženja na krasu pa tudi na bližnjem nekraškem svetu, ki je vplivno območje kraških voda, pozorni ne le na prvo intenzivno odtekanje onesnaženja, temveč tudi na močno zakasnelo pretakanje, posebno še v izvire, ki so zajeti za vodovode. Zelo pomembna je tudi vrsta polutanta, saj imajo nevarne in strupene snovi usodne posledice že v zelo nizkih koncentracijah. 36 Literatura Habič, P., 1988: Ogroženost kraških voda zaradi izlivov škodljivih tekočin. Ujma, 2, 83-86. Ljubljana. Kogovšek, J., 1995: Izlitja nevarnih snovi ogrožajo kraško vodo : onesnaženje Rižane oktobra 1994 zaradi izlitja plinskega olja ob prometni nesreči pri Obrovu. Annales; Vol. 5, No. 7, pp. 141- 148, Koper. Kogovšek, J., 1999: Nova spoznanja o podzemnem pretakanju vode v severnem delu Javornikov (Visoki kras). Acta carsologica; No. 28/1, pp. 161–200, Ljubljana. Kogovšek, J., 2001: Sledenje kraških voda – primer izvira Malenščice. Raziskave s področja geodezije in geofizike 2001. Zbornik predavanj, Ljubljana. Kogovšek, J., Petrič, M., 2002a: Ogroženost kraškega sveta. V: UŠENIČNIK, Bojan (ur.). Nesreče in varstvo pred njimi. Ljubljana: Uprava RS za zaščito in reševanje Ministrstva za obrambo, 2002, str. 170-183. Kogovšek, J., Petrič, M., 2002b: Podzemno raztekanje vode iz ponora Tržiščice (JV Slovenija). Acta carsologica; No. 31/2, pp. 75–91, Ljubljana. Kogovšek, J., Petrič, M., 2003: Tracing tests as a tool for the estimation of possible impacts of human activities on karst waters - examples from Slovenia. RMZ-mater. geoenviron., 2003, letn. 50, št. 1, str. 161-164. Kogovšek, J., Petrič, M., 2004: Advantages of longer-term tracing – three casae studies from Slovenia. Environmental Geology. Published online: 31. August 2004. Novak, D., 1985: Izvir Globočec in njegovo zaledje. Naše jame; No. 27, pp. 5-9. Ljubljana. Novak, D., 1987: Podzemeljski vodni tokovi na Dolenjskem. Dolenjski kras, 2, 23-27, Novo mesto. Timeus, G., 1928: Nei misteri del mondo sotterraneo. Alpi Giulie, 29/1, 1-40, Trieste. 37 ZAČETEK MERITEV PREMIKOV OB PRELOMIH V ZAHODNI SLOVENIJI S 3D EKSTENZIOMETRI TM 71 Stanka Šebela * , Andrej Gosar ** Povzetek V okviru projekta COST 625 smo v letu 2004 začeli z meritvami 3D premikov ob izbranih domnevno aktivnih prelomih v zahodni Sloveniji (Raški prelom-Vremščica, širša cona Predjamskega preloma-Postojnska jama, Idrijski prelom-Učja). Premike registrirajo mehansko- optični ekstenziometri TM 71 češke izdelave. Meritve bodo potekale več let. Uvod Projekt COST 625 ("3-D monitoring of active tectonic structures") združuje raziskovalce aktivnih tektonskih procesov iz osemnajstih držav (http://fir.seismology.hu/cost625/-index.html). K petletnemu projektu (2000-2005) je Slovenija s podpisom memoranduma o sodelovanju pristopila 16. marca 2000. Projekt poteka v dveh delovnih skupinah (WGAT - Working Group for Active Tectonics; WGMI - Working Group for Monitoring and Instrumentation). Glavni cilj je raziskovanje mikro premikov na aktivnih tektonskih strukturah, ki so lahko seizmični ali aseizmični. Na seizmično aktivnih območjih lahko kvantitativne rezultate o mikro premikih na tektonskih ploskvah koreliramo s seizmičnimi dogodki in tako razširimo vedenje o aktivnih tektonskih procesih. V seizmično manj aktivnih območjih pa nam meritve mikro premikov dajejo podatke o počasnih tektonskih procesih. Pri raziskavah uporabljamo 3D merilec premikov oz. ekstenziometer TM 71, ki ga je razvila skupina na Inštitutu za strukture kamnin in mehaniko Češke akademije znanosti pod vodstvom dr. Blahoslava Koštaka in ga tudi patentirala (Koštak, 1969). Gre za mehansko-optični inštrument, ki meri premike v treh oseh (x, y in z) z natančnostjo okoli 0,03 mm. Meritev deluje na principu Moiréjevega optičnega efekta, ki se spreminja, ko se dve prozorni ploščici z natančno vgraviranim vzorcem med seboj premakneta. Vsaka ploščica je z železno palico togo sidrana v eno stran prelomne cone ali razpoke. Premiki povzročijo spremembo interferenčnega vzorca, ki nastane, ko se obe gravuri prekrivata (Koštak, 1977). Dva ločena sistema ploščic postavljena v vodoravni in navpični smeri, omogočata ugotavljanje premikov v treh smereh. Širina razpoke, na katero lahko namestimo napravo, je do 1,5 m. Ker je veliko prelomnih con precej širših, se pogosto izvede namestitev med eno od prelomnih ploskev in tektonizirano kamnino v coni, če le-ta ni preveč porušena, ali pa na eno od stranskih razpok. Izbor lokacije je za uspešnost meritev ključnega pomena. Prednost ekstenziometra TM 71 v primerjavi z drugimi podobnimi napravami je v preprostosti in robustnosti, saj ne vsebuje elektronskih vezij in ne potrebuje vira energije. * IZRK ZRC SAZU, Titov trg 2, 6230 Postojna ** ARSO, Urad za seizmologijo in geologijo, Dunajska 47, 1000 Ljubljana 38 To omogoča dolgotrajne meritve tudi pod različnimi vplivi okolja (Avramova-Tacheva & Koštak, 1995). Da lahko izključimo ostale vplive, morajo meritve trajati vsaj 3 leta. Odčitavanje premikov je potrebno opraviti vsake dva ali v primeru težje dostopnosti vsaj vsake tri mesece. Inštrument TM 71 je bil že uspešno uporabljen v številnih raziskavah v Evropi, Aziji in južni Ameriki. Procesi, ki jih naprava TM 71 zaznava, odražajo napetosti v Zemljini skorji. Za njihovo razumevanje je potrebno poznati deformacijske modele reologije v povezavi s strukturnimi spremembami. Najbolj zanimivi so seveda premiki ob seizmično aktivnih prelomih. Pomembna je pravilna interpretacija dobljenih rezultatov, ki nam omogoča razločevanje med tektonskimi deformacijami Zemljine skorje in drugimi površinskimi deformacijami, predvsem gravitacijskimi. Koristna je sočasna uporaba drugih metod, kot so GPS-meritve, ker to zmanjšuje možnost napačne interpretacije rezultatov. Registrirani premiki vzdolž razpok različnega izvora navadno sestojijo iz dveh elementov: a) občasnih sprememb različnih amplitud, povezanih z deformacijami v kamnini zaradi sprememb temperature in vlage itd. b) trajnejših trendov premikanj ali nenadnih skokov (Koštak & Avramova-Tacheva, 1984; Kalvoda & Koštak, 1984; Avramova-Tacheva & Koštak, 1986). Analize premikov, izmerjenih s TM 71, so pokazale, da ekstremnih premikov, ki spremljajo močnejše potrese, praviloma ne spremljajo nenadni skoki, ampak gre za počasno naraščanje premikov pred potresom (Shanov, 1993) in počasno upadanje premikov po potresu kot zakasnitveni efekt. V Peruju (Cordillera Blanca) so kmalu po namestitvi TM 71 zaznali nenaden skok z = 0,55 mm. Po enem letu opazovanj pa se je premikanje stabiliziralo in pustilo stalen premik z = +0,4 mm, medtem ko sta premika po x in y ostala majhna. Meritve v Nemčiji (Renski jarek) so pokazale povprečne premike 1,75 mm v štirih letih (Štemberk et al., 2003). Tektonska aktivnost Slovenije Alpski orogen je nastal kot posledica konvergence med Afriško in Evrazijsko ploščo. Večina Slovenije pripada najsevernejšemu delu Afriške plošče oz. vmesni Jadranski mikroplošči (Anderson & Jackson, 1987). Geološke, seizmološke in tomografske raziskave kažejo na deformacije na V, Z in S robu Jadranske mikroplošče, ki so posledica njene rotacije v nasprotni smeri urinega kazalca (Weber et al., 2004). Glavni aseizmični izdanek Jadranske mikroplošče je Istra. Na podlagi GPS-meritev opazujemo v Sloveniji jasne (nekaj mm/leto) desne (transpresivne) premike vzdolž Savskega preloma in Periadriatske prelomne cone, kar nakazuje, da je bočno izrivanje v SV Alpah še vedno aktivno (Weber et al., 2004). V SV Italiji ima glavna os kompresijske napetosti smer SZ-JV, medtem ko ta os v Sloveniji poteka vzhodneje, v smeri S-J. Današnja kompresija v smeri S-J je aktivna v »notranjem klinu«, ki je tudi najbolj seizmičen. Obratno je območje kompresije v smeri SZ-JV značilno za »zunanji klin« (Bressan et al., 1998). V Sloveniji so območja Južnih Alp, Zunanjih in Notranjih Dinaridov močno deformirana in narinjena na nedeformiran del Jadranske plošče, imenovan tudi Adriatik. Prevladujoča napetost v smeri S-J je povzročila nastanek konjugiranega sistema zmičnih prelomov. V zahodni Sloveniji prevladujejo desnozmični prelomi dinarske smeri, v vzhodni Sloveniji pa levozmični prelomi prečnodinarske smeri. Poleg teh so pogosti tudi prelomi v smeri Z-V in narivi z vergenco proti severu. JV Slovenija pripada tektonsko Zunanjim Dinaridom. Njihova glavna strukturna značilnost so prelomi dinarske smeri in narivanje proti jugozahodu. Najmočnejši prelomi od JZ proti SV so (Sl. 1): Palmanovski, Divaški, Raški, Predjamski, Idrijski in 39 Žužemberški (Placer, 1981). Za Zunanje Dinaride je značilna zmerna zgodovinska in recentna seizmičnost (Sl. 2). Relociranje žarišč potresov, ki so nastali v zadnjih desetih letih, je pokazalo, da so njihova žarišča razporejena predvsem vzdolž Raškega in Idrijskega preloma (Michelini et al., 1998). Žariščni mehanizmi večine potresov kažejo na desnozmične prelome (Poljak et al., 2000). Slika 1 - Močnejši prelomi v JZ Sloveniji, lokacije za TM 71: 1 - Postojnska jama, 2 - Vremščica. Model reliefa po Perko & Orožen Adamič (1995) 40 Slika 2 - Seizmičnost jugozahodnega dela Slovenije (Katalog ARSO za obdobje 567-2002) Meritev tektonskih premikov s TM 71 v kraških jamah Merilec premikov TM 71 se uspešno uporablja po vsem svetu (Grčija, Poljska, Italija, Nemčija, Bolgarija, Slovaška, Češka, Peru, Azija). Zaradi dokaj stalne temperature je ugodno, če ga namestimo pod zemljo, v kraške jame ali predore. Do sedaj so v kraških jamah nameščeni na Češkem, Poljskem in v Sloveniji, v predorih pa v Nemčiji (Štemberk et al., 2003). V Sloveniji smo TM 71 prvič namestili februarja 2004 v Postojnski jami (Postojna 2, Lepe jame) in maja 2004 na Veliki gori (Postojna 1). Postojnska jama je z 20 km najdaljši jamski sistem v Sloveniji. Rovi so razviti v zgornjekrednih apnencih cenomanijske, turonijske in senonijske starosti. Za Postojnsko jamo so izdelane dobre strukturno-geološke karte (Gospodarič, 1965; Šebela, 1998). Jama leži med dvema pomembnima dinarsko usmerjenima prelomoma, Idrijskim na severu in Predjamskim na jugu (Sl. 1). Ozemlje med obema desnozmičnima prelomoma je razkosano z deformacijami narivanja in gubanja miocenske in pliocenske starosti ter mlajšega prelamljanja. Jamski rovi so razviti v obeh krilih Postojnske antiklinale in sledijo slemenitvi plasti in smeri vpada plasti ter dinarskim in prečnodinarskim prelomnim conam. Severni rob podorne dvorane Velika gora je razvit znotraj dinarske prelomne cone z vertikalnim premikom za nekaj metrov (Postojna 1). Prav to prelomno cono lahko zasledimo tudi v Pisanem rovu in Lepih jamah, vendar tam ne kaže enakih smeri premikov. V Pisanem rovu vpada prelomna ploskev s sledovi horizontalnega levega premika za 60 0 proti SV. V Lepih jamah pa v isti prelomni coni zasledimo dokaze za vertikalne in horizontalne premike (Postojna 2). V Lepih jamah je ta dinarska prelomna cona prekinjena z mlajšo prečnodinarsko prelomno cono, ki je bila aktivna v obdobju mlajšem od 780.000 let (Sasowsky et al., 2003). Na Veliki gori je TM 71 (Postojna 1) postavljen med prelomno ploskvijo strmega reverznega preloma in zasiganim podornim blokom apnenca velikosti (0,5 x 1) m (Sl. 3). 41 Slika 3 - Namestitev ekstenziometra TM 71 v Postojnski jami - Velika gora (Postojna 1) Drugo opazovano mesto (Postojna 2) predstavlja krajši umetno izkopan rov velikosti (1 x 1 m), kjer je TM 71 postavljen med dve dinarski prelomni ploskvi (Sl 4). Opazovani dinarski prelom leži približno 1 km severno od Predjamskega preloma. Odčitke premikov opravljamo v Postojnski jami enkrat na mesec. Po zadnjem večjem potresu 12. 7. 2004 v Krnskem pogorju pa smo opravili še dodatne meritve. Slika 4 - Namestitev ekstenziometra TM 71 v Postojnski jami - Lepe jame (Postojna 2) 42 Namestitve TM 71 na površju v zahodni Sloveniji Raški prelom Raški prelom poteka v dinarski smeri od Anhova do nariva Snežnika pri Ilirski Bistrici. Najbolj izrazito je viden v topografiji površja kot skoraj ravna dolina Raše med Kobdiljem in Štorjami ter na območju Vremščice (Sl. 5). Presek tega preloma je lepo viden v avtocestnem useku pri Senožečah, sicer pa so izdanki prelomne cone redki. Seizmičnost na območju Raškega preloma je zgoščena predvsem na območju Snežnika. Žarišča potresov na tem območju ustrezajo prelomni ploskvi, ki strmo vpada proti SV (Michelini et. al., 1998). Najmočnejši potres na tem območju z magnitudo 5,8 se je zgodil leta 1916 JV od Reke (Poljak et al., 2000). Da bi našli ustrezno lokacijo za namestitev ekstenziometra TM 71, smo pregledali večino trase Raškega preloma. Najboljšo lokacijo smo našli na JV vznožju Vremščice pri Košani, kjer sta ob prelomu v zgornjekrednih apnencih dva opuščena kamnoloma. Za zgornji kamnolom obstojajo načrti, da bi ga ponovno aktivirali, spodnji pa je zaprt že več kot 15 let in bo tak tudi ostal. V njem je stik zgornjekrednega apnenca (SV krilo preloma) in paleocenskega kozinskega apnenca (JZ krilo), ki sta ločena s približno 10 m široko glavno prelomno cono, v kateri je kamnina zelo zdrobljena. To onemogoča postavitve naprave na glavno prelomno ploskev. Zato smo izbrali njej vzporedno razpoko v steni kamnoloma v zgornjekrednem apnencu (Sl. 6). Tu smo inštrument namestili novembra 2004. Slika 5 - Letalski posnetek (DOF5 GURS) Vremščice z Raškim prelomom. Označen je kamnolom v katerem je nameščen ekstenziometer TM 71 43 Slika 6 - Namestitev ekstenziometra TM 71 na Raškem prelomu, Vremščica Idrijski prelom Najmočnejši prelom na območju zahodne Slovenije je Idrijski prelom, ki je jasno viden v topografiji tudi na satelitskih in letalskih posnetkih. Razteza se v dolžini prek 120 km od meje z Italijo v Kaninskem pogorju do Gorskega Kotarja. Najmočnejši zgodovinski potres na tem območju se je zgodil leta 1511 in je imel magnitudo ocenjeno na 6,8 ter intenziteto X. Najpogosteje ga povezujejo z Idrijskim prelomom, čeprav za to ni neposrednih dokazov. Drugi močnejši potres z magnitudo 5,6 je nastal leta 1926 na JV delu preloma, recentna seizmičnost ob tem prelomu pa je majhna (Poljak et al., 2000). Kljub temu, da je prelom zelo izrazit v topografiji, pa so njegovi izdanki redki, saj ob njem večinoma potekajo rečne doline Soče, Idrijce in Kanomljice. Najlepši prerez celotne prelomne cone Idrijskega preloma je v dolini Učje, ki poteka prečno na smer preloma. Prelomna cona je tu široka okoli 1700 m. Čar in Pišljar (1993) sta v njej izdvojila notranjo in zunanjo prelomno cono ter glavno in mejno prelomno ploskev. Za namestitev ekstenziometra TM 71 smo izbrali izrazito razpoko na stiku glavne prelomne ploskve in notranje prelomne cone (Sl. 7) v sami soteski Učje med Melanom in Hleviščami. 44 Slika 7 - Namestitev ekstenziometra TM 71 na glavni prelomni ploskvi Idrijskega preloma v dolini Učje Zaključek Še en merilec premikov nameravamo namestiti na Ravenski prelom v Krnskem pogorju ali na njemu vzporeden prelom (Kneški ali Krnski). Izdanki Ravenskega preloma so namreč zelo težko dostopni, kar otežuje tako samo namestitev, kot tudi odčitavanje v zimskem času. Ob Ravenskem prelomu sta nastala potresa 12. 4. 1998 z magnitudo 5,6 in 12. 7. 2004 z magnitudo 4,9 (Zupančič et al., 2001). Oba potresa sta na Bovškem in Kobariškem povzročila veliko škodo. Analiza seizmoloških podatkov (žariščni mehanizmi) je v obeh primerih pokazala, da je ob prelomu prišlo v globini do desnega zmika ob skoraj navpični prelomni ploskvi. Geološke raziskave pa niso potrdile, da bi prišlo do pretrga na površini. Gre za eno redkih aktivnih struktur v Sloveniji, kjer je seizmičnost dokazano povezana z znanim prelomom. Z večletnimi terenskimi (in situ) meritvami tektonskih premikov ob Raškem, Predjamskem, Idrijskem in Ravenskem prelomu s pomočjo ekstenziometrov TM 71 pričakujemo, da bo razumevanje seizmične ali aseizmične aktivnosti teh prelomov bolj jasno. Pričakovana natančnost teh meritev je do 0,03 mm. 45 Literatura Anderson, H. & Jackson, J. 1987: Active tectonics of the Adriatic region.- Geophys.J.R.Astron. Soc. 91, 937-983. Avramova-Tacheva, E. & Koštak, B. 1986: Direct measurement of recent movements along seismic faults and creep deformations.- Proc. 5th Int. Congr. IAEG, Buenos Aires, 337-346. Avramova-Tacheva, E. & Koštak, B. 1995: Local three-dimensional extensiometric measurements for the determination of displacements in the Krupnik fault zone, Bulgaria.- Acta montana IRSM AS CR, series A, no. 8 (97), 87-98. Bressan, G., Snidarcig, A. & Venturini, C. 1998: Present state of tectonic stress of the Friuli area (Eastern Southern Alps).-Tectonophysics 292, 211-227. Čar, J., Pišljar, M. 1993: Presek Idrijskega preloma in potek doline Učje glede na prelomne strukture. - Rudarsko-metalurški zbornik 40/1-2, 79-91. Gospodarič, R. 1965: Tektonika ozemlja med Pivško kotlino in Planinskim poljem ter njen pomen za sistem Postojnskih jam.- 179 str. In 38 prilog, Postojna (elaborat. IZRK ZRC SAZU, Postojna). Kalvoda, J. & Koštak, B., 1984: Geomorfologicka analyza mereni piskovcovych bloku v udolini Libechoky.- Sbor. Čs. Geogr. Společ. 89, 3, 199-21. Koštak, B., 1969: A new device for in-situ movement detection and measurement.- Exp. Mechanics 9, Easton (Pa, USA), 374-379. Koštak, B. 1977: Terčové mĕřidlo TM-71 a jeho užití pro mĕření velmi pomalých pohybů na poruchách a trhlinách.- Inž. Stavby 25, 5, 213-218. Koštak, B. & Avramova-Tacheva, E., 1984: Propagation of coastal slope deformations at Taukliman, Bulgaria.- Bull IAEG 23, 67-73. Michelini, A., Živčić, M., Suhadolc, P. 1998: Simultaneous inversion for velocity structure and hypocenters in Slovenia. - Journal of Seismology 2, 257-265. Placer, L. 1981: Geološka zgradba jugozahodne Slovenia. - Geologija 24/1, 27-60. Poljak, M., Živčić, M., Zupančič, P. 2000: The seismotectonic charateristics of Slovenia. - Pure and Applied Geophysics 157, 37-55. Perko, D. & Orožen Adamič, M., 1995: Relief Slovenije 1:250.000.- ZRC SAZU, Ljubljana. Sasowsky, I.D., Šebela, S. & Harbert, W., 2003: Concurrent tectonism and aquifer evolution > 100,000 years recorded in cave sediments, Dinaric karst, Slovenia.- Environmental Geology 44:8-13. Shanov, St., 1993: Medium-time earthquake prediction based on tectonic fault zone displacement data.- Acta montana A4 (90), 53-62. Šebela, S., 1998: Tectonic structure of Postojnska jama cave system.- Založba ZRC 18, 112 pp., Ljubljana. Štemberk, J., Koštak, B. & Vilimek, V., 2003: 3D monitoring of active tectonic structures.- Journal of Geodynamics 36, 1-2, 103-112. Weber, J.C., Vrabec, M., Stopar, B. & Dixon, T. 2004: New GPS constrains on Adria microplate kinematics, dynamics, and rigidity from the Istria peninsula, Slovenia and Croatia.-GSA Abstracts with Programs, Vol. 36, No. 5. Zupančič, P., Cecić, I, Gosar, A., Placer, L., Poljak, M, Živčić, M. 2001: The earthquake of 12 April 1998 in the Krn Mountains (Upper Soča valley, Slovenia) and its seismotectonic characteristics. - Geologija 44/1, 169-192. 47 EKSPERIMENTALNA POREČJA V SLOVENIJI Mitja Brilly * , Lidija Globevnik ** , Luka Štravs ** in Simon Rusjan * Povzetek Eksperimentalna porečja so osnova razvoja hidrologije. S postavitvijo treh eksperimentalnih porečij je tudi Slovenija dobila svojo eksperimentalno osnovo za nadaljnji razvoj znanosti in stroke. Na eksperimentalnem porečju Dragonje proučujemo zaraščanje porečja z gozdom v mediteranskem podnebju, na reki Reki proučujemo vodno bilanco v delno kraškem območju in na Glinščici vodotok v urbanem okolju. Na vseh treh eksperimentalnih porečjih se nabirajo izkušnje in testira nova oprema. Uvod Eksperimentalna porečja rek Dragonje, Reke in Gradaščice z Glinščico so danes eksperimentalna osnova razvoja hidrologije, tudi v mednarodnem pomenu. Omenjena porečja so opremljena s sodobno opremo za merjenje padavin, pretokov vode, erozijskih pojavov in kakovosti vode. Nastavljene so tudi računalniške baze podatkov, dostopne na spletnih straneh. Na ta način je postavljena sodobna eksperimentalna baza za potrebe bazičnih in aplikativnih raziskav ter terenskih vaj študentov diplomskih in podiplomskih študijev. Študentje imajo možnost samostojnega izvajanja meritev in spremljanja pojavov v naravnih pogojih. Dolgoročne sistematične meritve pa polnijo bazo podatkov kot osnova za izdelavo sodobnih modelov za simulacijo vodnega režima. Porečje Dragonje je izbrano zaradi pojava razraščanja gozda na nekoč kmetijskih zemljiščih in posebnih erozijskih pojavov. Porečje naj bi bilo vključeno tudi v projekt HELP -Hydrology for the Environment, Life and Policy. Na raziskavah porečja sodeluje tudi Vrije University iz Amsterdama s svojo opremo in študenti podiplomskega študija. Dosežen je tudi dogovor komitejev za mednarodni hidrološki program UNESCO Slovenije in Hrvaške za sodelovanje pri raziskavah. Porečje reke Reke je bilo prvo eksperimentalno porečje. Meritve na njem so se začele meritve leta 1999, intenzivna opazovanja pa leta 2004 s postavitvijo mreže dežemerov in vodomerov. Porečje je izbrano zaradi Škocjanskih jam, ki so bile leta 1986 uvrščene na seznam naravne dediščine UNESCO. Porečje Gradaščice z Glinščico je izbrano kot urbano porečje, primerno za urejanje v skladu z Direktivo EU o politiki do voda. Porečje je bilo izbrano za raziskave projekta URBEM v petem okvirnem programu EU. Na osnovi meritev na eksperimentalnih porečjih so bile do leta 2004 izdelane štiri doktorske disertacije in 7 diplom na FGG. V delu je ena disertacija s FF in dva magisterija z VA. V septembru 2004 so bile organizirane tudi tridnevne terenske vaje za študente fakultete iz Fraiburga Oprema in meritve omogočajo testiranje novih inštrumentov in razvoj metod za izvajanje terenskih hidroloških meritev. Rezultati raziskav so bili objavljeni na več mednarodnih srečanjih, predvsem pa so pomembne objave na srečanjih znanstvenih * Univerza v Ljubljani, FGG, Katedra za splošno hidrotehniko, Hajdrihova 28, Ljubljana ** Inštitut za vode RS, Hajdrihova 28c, Ljubljana 48 združenj EGU (Europena Geosciences Union) in ERB (Experimental and Representative Basins). Za postavitev eksperimentalnih porečij so prispevali sredstva slovenski komite IHP, raziskovalni projekti MŠZŠ in projekti EU. Eksperimentalno porečje Dragonje V okviru izvajanja mednarodnega programa za hidrologijo pri UNESCU (International Hydrological Programme – IHP) programa v Sloveniji je vzpostavljeno eko-hidrološko eksperimentalno območje na povodju Dragonje. V letu 1999 so strokovno začeli sodelovati raziskovalci iz Ljubljane in Amsterdama. Predlagane so bile ključne merilne lokacije in projektni okvir raziskovanj. Skupni interdisciplinarni razvojni projekt ima naslov 'Impacts of land use change on hydrological, ecological and river morphology processes in the Dragonja catchment, Slovenia (Vpliv spremembe namembnosti prostorske izrabe na hidrološke, ekološke in geomorfološke procese v porečju Dragonje, Slovenija)'. Namen projekta je raziskovanje HIDROMORFOLOŠKIH IN HIDROEKOLOŠKIH LASTNOSTI POVODJA. Analiziramo vplive rabe tal na vodni režim (ključni elementi: vodna bilanca, erozija, transport plavin, oblikovanje struge, kakovost vode), procese odtekanja vode v gozdu, procese oblikovanja pretokov reke in vpliv vegetacije obrežnega pasu reke na kakovost vode. Poleg objav na mednarodnih srečanjih, Brilly in ost, 2002 in 2003, Šraj in ost., 2003, in Petkovšek in ost. 2003 je več člankov v postopku za objavo. Merilna mesta, ki so bila vzpostavljena v letu 2000, so: Padavinske postaje: Krkavče (ob cesti Sv. Mihael–Sv. Maver); Straža (zahodno od ceste Puče-Pomjan-Šmarje); Marezige (100 m južno od ceste Babiči-Marezige); Kocjančiči (na desnem bregu Rokave); Škrline (vzhodno od hiš); Stara vala (po vtoku Krkavškega potoka); Rokava Škrline; Dragonja pod Laborjem; Meteorološki postaji: Boršt; Kubed ; Hidrološki postaji: Rokava nad sotočjem z Dragonjo; Dragonja nad Rokavo; Gozdna poligona: Labor sever – 'N' postaja; Labor jug – 'S' postaja; 2 V letu 2003 je prenehala z delovanjem merilna postaja v Kubedu, postavljena pa je bila nova ob cesti med Borštom in Laborjem (pri stavbah Vina Koper). Zaradi kraj inštrumentov ne delujejo več postaje v Stari vali in Straži. V letu 2004 sta bila vzpostavljena še dva merilna poligona v dolini reke Dragonje pod Laborjem. Ob južnem poligonu pod Laborjem je bil postavljen tudi merilni stolp, ki stoji na gozdni cesti. Le-ta je bil odstranjen konecem septembra 2004. Ožji okvir raziskav v letih 2003-2004 je naslednji:  Geomorfološki procesi v povodju: sproščanje zemljin – metode zaznavanja in spremljanja  Ekohidrološki procesi: a) sprejemanje in oddajanje padavin v gozdu: zaznavanje transpiracije, evaporacije in pomen edafskih dejavnikov (abiotskih); b) gibanje vode v hiporeični coni, kemija (vegetacijske cone ob strugah) c) oblikovanje odtoka voda (metode zaznavanja, interpretacija procesov) 49 Slika 1 - skica povodja Dragonje in merilne opreme v letu 2004 Slika 2 - Meteorološka postaja Labor Slika 3 - Merilni poligon pri Laborju (južna ploskev) Slika 4 - Dežemer (Dragonja pod Laborjem) Slika 5 - Inštrument ISCO (jemnaje vzorcev vode za določanje lebdečih delcev v vodi) 50 Slika 6 - Tlačna sonda v strugi reke Dragonje (merjenje gladine vode) Eksperimentalno porečje reke Reke Reka Reka je najdaljša in najbolj znana ponikalnica klasičnega Krasa (Slika 7). Izvira na Hrvaškem, njeni glavni pritoki so Mola, Bistrica, Sušica-Mrzlek, Padež in Sušica, ponikne pa v Škocjanskih jamah, ki jih je UNESCO leta 1986 razglasil za svetovno dediščino. Reka nato podzemno teče do kraških izvirov Timava, ki se v Tržaškem zalivu kmalu izlije v Jadransko morje. Slika 7 - Porečje reke Reke na karti padavinskih območij Slovenije (slika levo) in hidrogeološka karta z vrisanimi mejami podpovodij reke Reke (slika desno). Porečje reke Reke leži na brkinski sinklinali iz neprepustnih eocenskih flišev, ki jih obdajata dve mezozoiški kraški formaciji (Slika 7). Voda iz severne formacije odteka proti Donavskemu bazenu, iz južne pa proti Jadranskemu morju. Velikost porečja je 422 km 2 , gostota vodotokov pa je 1.7 km/km 2 . Srednji pretok je 8.26 m 3 /s. Nihanje pretokov je znatno, najmanjši pa so v poletnih mesecih. Na prispevnem območju reke Reke leži večje mesto Ilirska Bistrica in mnogo manjših vasi. Zaradi intenzivnega onesnaževanja (kemična in lesna industrija v Ilirski Bistrici) je bila reka Reka med najbolj onesnaženimi vodotoki v Sloveniji, dolina reke Reke pa je bila izredno neprijeten življenjski prostor s specifičnim vonjem kot posledico anaerobnih procesov ob nižjih pretokih (nekaj sto litrov na sekundo) v samem vodotoku. Omejevanje onesnaževanja se je začelo v sedemdesetih letih, v devetdesetih se je zmanjšala tudi stopnja industrijske proizvodnje in posledično tudi onesnaženost. Na porečju Reke je lociranih več hidrotehničnih objektov (npr. zadrževalnika Mola in Klivnik) in tudi vodomernih ter meteoroloških postaj (Slika 8). 51 Slika 8 - Meteorološke in vodomerne postaje na porečju reke Reke Pričetek ponikanja vode je 600 metrov dolvodno od VP Cerkvenikov mlin in se v odvisnosti od trenutnih hidroloških in morfoloških pogojev spreminja skoraj po vsakem poplavnem valu. Pri nizkih pretokih se skoraj vsa voda porazgubi in Škocjanske jame ostanejo suhe oziroma brez vode. V letih 1982 in 1983 pa so Škocjanske jame kljub srednjim pretokom reke Reke ostale brez tekoče vode celih 120 dni. Voda se je v celoti infiltrirala, še preden je pritekla do jam. Merska oprema in metode Za meritve pretočnih hitrosti in globin so bili uporabljeni ultrazvočni merilec Starflow 6526B, hidrometrično krilo Valeport in ultrazvočni merilec v sestavi prenosnega vzorčevalnika voda ISCO 6700, Slika 9. Ultrazvočni merilec Starflow 6526B meri pretočne hitrosti (Dopplerjev pojav), globino in temperaturo. Hidrometrično krilo Valeport meri pretočne hitrosti na principu avtomatskega preračunavanja frekvenc vrtljajev vijaka v hitrosti preko enačbe hidrometričnega krila. Ima tudi senzorja za merjenje pritiska (na osnovi katerega izračuna globino) in temperature. Z zunanjim dodatkom za meritve hitrosti prenosni vzorčevalnik voda ISCO 6700 meri pretočne hitrosti na principu potovanja zvoka v vodi. Globine izmeri preko tlačne sonde, ki meri hidrostatski pritisk. Slika 9 - Hidrometrično krilo Valeport in ultrazvočni merilec Starflow, pritrjena na vodomerno lato VP Cerkvenikov mlin (slika levo) in prenosni vzorčevalnik ISCO 6700 na zidu ob desnem bregu reke Reke (slika desno) 52 Za meritve kalnosti (vsebnosti suspendiranih snovi) smo uporabili turbidmeter Hach SS6, infrardeči merilec suspendiranih snovi Partech IR40 in prenosni vzorčevalnik vode ISCO 3700. Turbidimeter Hach SS6 je inštrument za neprekinjeno merjenje motnosti tekočin. Infrardeči merilec suspendiranih snovi Partech IR40 je podkvasto oblikovan in v njem je vgrajen infrardeči senzor za merjenje koncentracije lebdečih delcev [mg/l]. Prenosni vzorčevalnik vode ISCO 3700 je programabilen vzorčevalnik tekočin. Kakovostne parametre smo merili s prenosnim vzorčevalnikom vode ISCO 6700, ki poleg že omenjenih meritev hitrosti in globin z združljivo sondo YSI 600 meri še temperaturo, raztopljen kisik, pH in elektroprevodnost. V raziskavi strupenosti nas je zanimala strupenost potoka Trnovšek in strupenost reke Reke pod izlivom tega potoka. Vzorce iz Reke smo vzeli v letu 1999 dvakrat, in sicer vsakokrat pred in po merjenem poplavnem valu (maj in november). Strupenost smo testirali s tremi testi strupenosti. To so Daphnotoxkit F TM z vodnimi bolhami (Daphnia magna), Thamnotoxkit F TM z drugo skupino sladkovodnih rakov Thamnocephalus platyurus in Protoxkit F TM z enoceličnimi migetalkarji (protozoji) vrste Tetrahymena thermophila. Meritve Meritve pretočnih globin, hitrosti in temperature smo opravili tedaj, ko je vremenska napoved v predhodnih dneh obetala nastop obilnih padavin in s tem pojav visoka voda. Ti termini so bili: 21. 5.-24. 5.1 999, 16. 11.-21. 11. 1999, 28. 3.-5. 4. 2000 in 11. 4.-17. 4. 2000. Meritve hitrosti in globin so se izvajale na vodomerni postaji Cerkvenikov mlin, meritve kalnosti in kakovosti pa 1 km gorvodno v bližini opuščene vodarne. Ekotoksikološke meritve so bile opravljene posebej. Rezultati Rezultati raziskav so bili objavljeni na številnih znanstvenih srečanjih Brilly in ost, 2002 in 2003, Štravs in ost., 2002. Pri meritvah hitrosti z ultrazvočnim merilcem Starflow je dobro uspela zlasti prva meritev (maj 1999). Pri meritvah s hidrometričnim krilom je bilo nekaj težav zaradi plavja, ki se je ujelo na krilu, zato je ta inštrument za tovrstne kontinuirane terenske meritve manj primeren, če ne moremo zagotoviti kontinuiranega nadzora izvajanja meritev. Ultrazvočni merilec je deloval precej bolj zanesljivo in brez izpadov zaradi mehanskih težav. Na diagramu primerjave zveze med hitrostjo in vodostajem (Slika 10) opazimo izredno ujemanje obeh meritev izvedenih z ultrazvočnim merilcem hitrosti in značilno zanko pri prehodu poplavnega vala skozi merski profil. Če ju primerjamo s krivuljami zveze med vodostajem in povprečno hitrostjo v merskem profilu Agencije RS za okolje, opazimo podobnost oblike krivulj do približno vrednosti vodostaja 200 cm in izrazito neujemanje oblike nad to vrednostjo. 53 Slika 10 - Primerjava zvez med pretočno hitrostjo in vodostajem na VP Cerkvenikov mlin Pri meritvah kalnosti smo opazili precejšne razlike med inštrumenti (Slika 11). Korelacija med merjenimi vrednostmi NTU in koncentracijo suspendiranih snovi [mg/l], kot tudi korelacija med neposredno metodo (vzorčevanje z ISCO 3700) in metodo z infrardečo svetlobo (Partech IR40) je bila relativno slaba (R ~ 0.85 oziroma R 2 ~ 0.70). Vzrok slabše korelacije je kompleksnost meritev koncentracije suspendiranih snovi. Pri prvi meritvi kakovosti vode (maj 1999) niso bila ugotovljena večja nihanja parametrov, razen elektroprevodnosti (razlike do 8 µS/cm) dne 24. 5. (Slika 12). Meritve raztopljenega kisika (DO) so se izkazale za težavne. V obdobju 5. 1.-10. 1. 2000 je bil opažen padec pH v popoldanskem in večernem času (iz pH = 8.2 na pH = 7). V obdobju najvišje vode od 28. 3.-3. 4. 2000 so se pojavile težave pri meritvah pH, elektroprevodnosti (SEC) in raztopljenega kisika (DO), bržkone zaradi plavja in visoke kalnosti. Dobre rezultate je dala meritev temperature in kemične analize vode. 16:00 18:00 20:00 22:00 00:00 02:00 04:00 06:00 0 100 200 300 400 500 600 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 Isco 3700, Partech IR40 = C SS [mg/l] Hach SS6 [NTU] Čas Isco 3700 [mg/l] Partech IR40 [mg/l] Hach SS6 [NTU] h [mm] h Slika 11 - Meritev kalnosti v dneh od 29. 3. do 30. 3. 2000. 54 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 20.11: 20.17: 20.23: 21.05: 21.10: 21.16: 21.22: 22.04: 22.10: 22.16: 22.21: 23.03: 23.09: 23.15: 23.21: 24.03: 24.08: 24.14: 24.20: 25.02: 25.08: gladina (mm), elektroprevodnost (µS/cm) 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 temperatura (C), pH gladina SEC pH T Maj 1999 Slika 12 - Parametri kakovosti vode in gladine vode za meritev od 20 .5. do 25. 5. 1999. Pri analizah strupenosti smo ugotovili, da so primerni za ugotavljanje strupenosti izbranih vzorcev samo enocelični migetalkarji. S pomočjo enoceličnih protozojev smo ugotovili, da 40 % vzorec izcedne vode iz deponije kvarno deluje na njihovo razmnoževanje. Tako smo določili, da je EC20 (»effect concentration«, ki za 20 % zmanjša prirast) dosežena pri 40 % vzorcu. Kljub temu, da druga dva organizma nista pokazala strupenosti testiranih vzorcev, pa lahko trdimo, da je izcedna voda iz deponije strupena, ima torej potencialen kvarni učinek na organizme, ki živijo vzdolž potoka Trnovšek. Testi strupenosti vode iz Reke pa so pokazali, da voda tako pred kot tudi po poplavnem valu ni strupena za izbrane tri testne organizme. Na podlagi dobljenih rezultatov lahko zaključimo, da vodne bolhe niso dovolj občutljive za ugotavljanje strupenosti vode, ki priteče iz deponije organskih odpadkov iz tovarne organskih kislin. Iz rezultatov pa je tudi razvidno, da kljub prenehanju odlaganja na deponijo iz nje še vedno iztekajo strupene snovi, ki ogrožajo okolje. Eksperimentalno porečje Gradaščice - Glinščice Porečje Gradaščice se razprostira na območju prehoda iz dinarskega v alpski svet. Povirni del tvori izredno razgibano hribovje Polhograjskih dolomitov, ki je razbrazdano s številnimi grapami in dolinami. Veliko razbrazdanost gre pripisati predvsem večji vodnatosti tega območja, ki je precej višja kot v drugih delih širšega vodnega območja. Zaradi specifične orografske lege so zelo pogosti izredno močni nalivi, ki povzročajo visoke vodne odtoke. Zgornji del porečja ima izrazito pahljačasto obliko. Velikost porečja Gradaščice je 154,3 km 2 . Njegova meja poteka na severu po osrednjem grebenu Polhograjskega hribovja, ki se vije od Ljubljane (Šentvida) prek Toškega čela (590 m. n. m), Svete Katarine, Grmade (898 m. n. m) in Tošča (1021 m. n. m) do Pasje ravni (1029 m. n. m). Tu meja zavije proti jugu in se prek grebenov Sivke (934 m.n.m), Gabrovca (841 m. n. m), Špika (851 m. n. m) in Kovčka (789 m. n. m) spusti na južni hrbet Polhograjskega hribovja, ki poteka med dolino Horjulščice in Ljubljanskim barjem (Slika 13). 55 Slika 13 - Prispevno območje reke Gradaščice Topografske in hidrografske značilnosti Reka Gradaščica dobi svoje ime ob združitvi dveh glavnih povirnih krakov, Božne in Male vode pri Polhovem Gradcu. Božna, levi povirni krak, odmaka severni del zgornjega dela porečja, Mala voda pa se steka iz ozke doline med Butajnovo in Šentjoštom. Drugi pomembnejši pritoki, ki se stekajo v dolino Gradaščice med Polhovim Gradcem in Dobrovo, so še Prošca, Belica in Žerovnikov potok. Vsi pritoki, vključno s povirnima krakoma, so hudourniki. Padec doline je med Polhovim Gradcem in Dobrovo precej velik (približno 4,5 ‰), zato se visoke vode kljub poplavam ne zadržujejo. Na poplavnih območjih pa se pojavljajo sorazmerno močni tokovi. Največji pritok Gradaščice je Horjulščica, ki izvira v hribovju pod Šentjoštom. V Gradaščico se izliva tik nad zahodno Ljubljansko obvoznico pri Kozarjah. Zaradi drugačne oblikovanosti porečja in razširjene doline pri Horjulu je v primerjavi z Gradaščico manj hudourna. Pod Dobrovo tečeta do združitve oba vodotoka po skupni razširjeni dolini. Celotno območje doline med Horjulščico in Gradaščico je poplavno in tvori naravni zadrževalnik visokih voda. Na Bokalškem jezu se Gradaščica razdeli v dva vodotoka, in sicer v Mestno Gradaščico in Mali graben, ki teče nato mimo Kozarij, Dolgega mostu in Viča ob barjanskem obrobju do Ljubljanice, v katero se izliva tik nad Špico. Mestna Gradaščica je kot umetni kanal speljana skozi Vrhovce, zahodni del Viča in Trnovo. Pri križišču Koprske z Jamovo cesto se v Mestno Gradaščico izliva Glinščica in nato tečeta skupaj do Ljubljanice. Ekperimentalno porečje obsega odsek Malega grabna, Mestne Gradaščice in celotno porečje Glinščice. Gre torej za pretežno urbano področje s specifičnimi hidrološkimi razmerami. Vodotoki na tem območju so bili podvrženi intenzivnim regulacijskim posegom, s katerimi pa poplavna ogroženost obdajajočih urbanih površin ni bila odpravljena. Mali graben je sprva tekel daleč proč od urbanega območja Ljubljane. S hitrim razvojem mesta v pomembno kulturno, politično in gospodarsko središče regije je postal meja med urejenim urbanim območjem in zelenim mestnim obrobjem. V zadnjih dveh desetletjih se je urbanizacija preselila tudi na desni breg Malega grabna. Bistveno se je povečala tudi poseljenost območja, saj so nastala nekatera nova naselja (Sibirija, Rakova Jelša), poleg katerih na obeh bregovih neprestano gradijo nova. Pričakovati je, da se bodo 56 tudi v prihodnje pojavljale želje po nadaljnji pozidavi tega dela Ljubljane. Struga Malega grabna je bila regulirana, urejen je bil trapezni prečni prerez struge. Zaradi razraščanja obrežne vegetacije ima sedaj območje struge vodotoka dokaj naraven izgled (Slika 14). V drugi polovici 80-tih let so bili v strugo vgrajeni nizki kamniti pragovi z namenom popestritve pretočnih razmer ter povečanja vodnatosti struge v obdobjih nizkih pretokov. Življenjske razmere za vodne organizme so se izboljšale, kar se odraža na povečani ribji populaciji. Slika 14 - Kamniti prag v strugi Malega grabna Reka Glinščica izvira pod severovzhodnimi obronki Toškega čela in pri Podutiku preide v ravninski del Ljubljanske kotline. Topografska slika porečja je sestavljena iz gričevnatega dela na vzhodu in zahodu ter ravninskega dela, ki se razširi v južnem delu. Relief porečja Glinščice je precej raznolik od strmih povirnih območij do ravnic. Ravninski del porečja je slabo prepusten. Povirje Glinščice sega na severni strani v pobočje Toškega čela in Črnega vrha, razvodnica na vzhodu sega v urbano območje mesta Ljubljana (Dravlje, Šiška), preko Šišenskega hriba in Rožnika do izliva v Gradaščico, ki predstavlja najjužnejšo točko porečja. V smeri proti zahodu poteka razvodnica skozi urbano območje preko Brda vse do Tičnice, kjer se usmeri proti severu preko Stražnega vrha, Prevala do Toškega čela. Večji pritok Glinščice je Pržanec, čigar povirje sega v pobočje Velike trate in Male trate in odvaja vodo s pretežno ravninskega dela vzhodno od Glinščice. Padavinsko prispevno območje Glinščice obsega 17,4 km 2 . Položaj odvodnice znotraj urbanega območja določa odvodnja meteornih voda s kanalizacijskim sistemom, zato orografska razvodnica ne sovpada vedno s prispevnim območjem Glinščice. Skupno prispevno območje Glinščice je nekoliko večje in zajema 19,3 km 2 površine, ker je padavinski odtok z območja med Guncljami, železnico in orografsko razvodnico med porečjema Glinščice in Save ter dela urbanih površin ob izlivnem delu Glinščice preko kanalizacijskega meteornega omrežja speljan na območje porečja Glinščice. Ob tem se na porečje Glinščice steka tudi pretežen del meteornih vod z 1,9 km 2 površin z območja Šentvida. S širitvijo tlakovanih neprepustnih urbanih površin na ravninske predele območja porečja Glinščice, se je hidrološka slika povodja močno spremenila zlasti v obdobju 57 zadnjih 20-ih let. Obsežna urbana področja so se razširila predvsem na območju Podutika, Dravelj, Kosez in Brda. Ta ravninska področja so pred pozidavo le malo prispevala k izoblikovanju vrhov hidrogramov odtoka. S povečanjem deleža neprepustnih površin (pozidava, prometne površine) so se povečali odtočni koeficienti, izgradnja meteorne kanalizacije je dodatno prispevala k zmanjšanju časa koncentracije. Ocenjeno je bilo, da je na celotnem porečju Glinščice delež urbanih površin 38 % oziroma 6,6 km 2 . Groba ocena povprečnega koeficienta odtoka s prispevnega območja Glinščice, izračunana iz povprečne letne količine padavin (1376 mm) ter povprečnega letnega pretoka Glinščice (0,383 m 3 /s), znaša 0,58, kar je pokazatelj intenzivnega odtoka padavinskih voda v strugo Glinščice. Slika 15 - Regulirana struga reke Glinščice gorvodno od biološkega središča Struga Glinščice je bila regulirana praktično po vsej svoji dolžini. V 70-tih letih je bila izvedena obsežna regulacija, v okviru katere je bila Glinščica regulirana od izliva v Mestno Gradaščico do Brdnikove ulice. Na dnu struge je bila urejena betonska kineta (korito), ki je namenjena odvodnji srednjih letnih ter nizkih voda v sušnih obdobjih. Z betonskimi ploščami je bil obložen tudi del brežin. Z ekomorfološkega stališča predstavlja betonsko tlakovanje struge močno degradacijo vodnega okolja (Slika 15). Meritve na eksperimentalnem porečju Osnovni namen meritev je pridobiti vpogled v dinamiko hidroloških procesov na urbaniziranih prispevnih površinah vodotokov v povezavi s podatki o časovnem in prostorskem spreminjanju kvalitete vode v urbanih vodotokih. Meritve so bile izvedene s sodobno hidrološko opremo (Dopplerjevi merilci hitrosti vodnega toka v 1D, 2D/3D, sonda za terensko merjenje kvalitete vode, sonda za merjenje pretoka vode z metodo razredčenja itd.). Na sliki so prikazani merski profili, kjer so bile izvedene meritve s sondo za merjenje kvalitete vode, ter merski profili, na katerih poteka kontinuirno merjenje hitrosti vodnega toka in nivoja gladine z 1D Dopplerjevim merilcem. Celotna baza zbranih podatkov je dosegljiva na spletni strani. Rezultati raziskav so bili objavljeni na mednarodnih srečanjih Brilly in ost, 2004. 58 POD UTI K KOSEZ E KO Z A RJ E FGG LIVADA PRZAN G L14 P 5 GL13 GL12 GL12* GL11 P 4 P4* P 3 P 3* P2 GL9 GL8 G8* G8 G7 G6 MG4 G L7 P 1 GL6 M G3 G 5 MG2 GL2 G4 G3 G2 L3 L2 L1 L6 L5 M G1 G1 L4 GL10 GL3* KB T GL5 G L4 GL1 MG4 * G L3 GL4* KB * Legend: Merski profili (FGG-KSH) G8 Dežemeri LJ_1 LJ_2 LJ_3 BG_1 CU_1 MG_ 1 GR_1 GR_2 GR_2 Merski profili (ARSO) 0 1 2 km Kontinuirni merilci v strugi Merilo: N B F P Mali graben Glinščica Pržanec Mestna Gradaščica Ljubljanica Gradaščica Slika 16 - Merski profili na Malem grabnu, Mestni gradaščici in Glinščici Zaključki Eksperimentalna porečja nam omogočajo raziskave hidroloških procesov ob dobro znanih pogojih in spremembah v okolju. Zahteve po natančnosti in zanesljivosti raziskav vpliva določenih faktorjev na vodni režim nam ožijo fizične dimenzije teh porečij. Le-ta so ponavadi manjša območja z relativno homogenimi fizikalnimi, geografskimi in vegetacijskimi lastnostmi, kjer se namestijo različne merske naprave in oprema, da bi se lahko: 1. izvajale osnovne raziskave fizikalnih procesov kroženja vode in posameznih hidroloških lastnosti; 2. preverjala opazovalna in merska oprema v različnih pogojih dela in se izobraževalo strokovni kader za uporabo te opreme; 3. opazovalo in analiziralo vpliv naravnih sprememb v porečju; 4. opazovalo in analiziralo vpliv človeških dejavnosti na spremembe v porečju (v takih primerih se ponavadi vzpostavi tudi vzporedno eksperimentalno porečje, ki nam služi kot primerjalno oziroma kontrolno); 5. pridobilo kvalitetne podatke za nadaljnje raziskovalno in izobraževalno delo. Literatura BRILLY, Mitja, MIKOŠ, Matjaž, PETKOVŠEK, Gregor, ŠRAJ, Mojca, KOGOVŠEK, Janja, DROBNE, Damjana. Eksperimentalno povodje reke Reke. V: VODOPIVEC, Florjan (ur.). Raziskave s področja geodezije in geofizike - 2000 : zbornik predavanj. Ljubljana: Slovensko združenje za geodezijo in geofiziko, 2000, str. 67-76, ilustr. BRILLY, Mitja, MIKOŠ, Matjaž, PETKOVŠEK, Gregor, ŠRAJ, Mojca, KOGOVŠEK, Janja, DROBNE, Damjana, ŠTRAVS, Luka. The Experimental monitoring of water regime in the Reka river = Eksperimentalna opazovanja vodnega režima na reki Reki. V: KRANJC, Andrej (ur.). Monitoring of karst caves, (Acta carsologica, vol. 31, no. 1). Ljubljana: Slovenska akademija znanosti in umetnosti: Znanstvenoraziskovalni center SAZU, Inštitut za raziskovanje krasa, 2002, str. 65-74, ilustr. 59 BRILLY, Mitja, GLOBEVNIK, Lidija. Sustainable water resources management in the Dragonja catchment, Slovenia. V: BLÖSCHL, Günter (ur.). Water resources systems--hydrological risk, management and development : proceedings of an international symposium (Symposium HS02b) held during IUGG 2003, the XXIII General Assembly of the International Union of Geodesy and Geophysics : at Sapporo, Japan, from 30 June to 11 July, 2003, (IAHS publication, no. 281). Wallingford, Oxfordshire, UK: International Association of Hydrological Science, cop. 2003, str. 334-340, ilustr. BRILLY, Mitja, BIZJAK, Aleš, ŠRAJ, Mojca, VIDMAR, Andrej. The Ljubljanica river and the Gradaščica river case study and monitoring. V: GEREŠ, Dragutin (ur.). River restoration 2004 : principles, processes, practices : proceedings. Zagreb: Hrvatske vode, 2004, str. 93-102, ilustr. BRILLY, Mitja, KOGOVŠEK, Janja, DROBNE, Damjana. The Reek [i. e. Reka] river experimental basin. V: VERHOEST, Niko (ur.), VAN HERPE, Yves (ur.), DE TROCH, François (ur.). Book of abstract. Ghent: Laboratory of Hydrology and Water Management, Ghent University, 2000, str. 1 BRILLY, Mitja, MIKOŠ, Matjaž, PETKOVŠEK, Gregor, ŠRAJ, Mojca, KOGOVŠEK, Janja, DROBNE, Damjana. The Reka river monitoring and toxicity tests. V: The application of ecohydrology to water resources development & management : final conference of the first phase (1996-2001), 16-18 September 2001, Venice, Italy. Venice: UNESCO, 2001, str. 74. ŠTRAVS, Luka, BRILLY, Mitja, VIDMAR, Andrej. Measurement of river velocity and dis[c]harge of the Reka river experimental basin. Geophys. res. abstr., 2002, vol. 4, str. [1]. BRILLY, Mitja, PETKOVŠEK, Gregor, VAN DAM, Oscar, KEESSTRA, Saskia, GLOBEVNIK, Lidija, ŠRAJ, Mojca, MIKOŠ, Matjaž. Experimental watershed of the Dragonja river (SW Slovenia). V: Interdisciplinary approaches in small catchment hydrology, monitoring and research : [book of extended abstracts]. Bratislava: Slovak committee for hydrology - NC IHP UNESCO: Institute of hydrology, Slovak academy of sciences, 2002, str. 149-151. ŠRAJ, Mojca, BRILLY, Mitja, ŠTRAVS, Luka. Modelling rainfall interception by deciduous forest in the Dragonja experimental catchment, Slovenia. V: [Abstracts of the Contributions of the EGS-AGU-EUG Joint Assembly, Nice, France, 06-11 April 2003], (Geophysical research abstracts, Vol. 5). Katlenburg-Lindau: European Geopysical Society, 2003, 1 str. PETKOVŠEK, Gregor, MIKOŠ, Matjaž, BRILLY, Mitja. Monitoring sediment production from cliffs and sediment yield in a small mediterranean catchment. V: [Abstracts of the Contributions of the EGS-AGU-EUG Joint Assembly, Nice, France, 06-11 April 2003], (Geophysical research abstracts, Vol. 5). Katlenburg-Lindau: European Geopysical Society, 2003, 1 str. BRILLY, Mitja, POVŽ, Meta, VIDMAR, Andrej. Monitoring of revitalisation measures urban river fish habitat. V: Abstracts of the Contributions of the European Geosciences Union General Assembly 2004 : Nice, France, 25-30 April 2004, (Geophysical Research Abstracts, Vol. 6). Katlenburg-Lindau: EGU 61 PADAVINSKE NAPOVEDI IN NJIHOVA NEZANESLJIVOST V HIDROLOŠKEM PROGNOZIRANJU Mira Kobold * , Kay Sušelj ** Povzetek Napovedovanje poplav in zagotavljanje pravočasnih opozoril je osnova za dovolj zgodnje ukrepanje pred nastopom pojava. Meteorološka znanost je z razvojem matematičnih modelov za napovedi vremena naredila velik napredek v razvoju. Meteorološki modeli so danes osnova za napovedovanje vremena in s tem tudi padavin. Poplave in druge vodne ujme lahko tako napovemo tudi za več dni vnaprej. Pri tem si pomagamo z modeli padavine-odtok, s katerimi simuliramo odtok s porečja. V članku so prikazani rezultati aktivnosti, ki smo jih izvajali v okviru projekta EFFS. Za napovedovanje hudourniških poplav, ki so značilne za Slovenijo, je v članku prikazana kalibracija modela HBV za porečje Savinje s časovnim korakom ene ure. Z izpeljanim modelom je bila izdelana analiza občutljivosti modela HBV na vhodne padavinske podatke. Hidrološki modeli so občutljivi na padavine, ki so glavni vhodni podatek v model, zato morajo biti padavinske napovedi čimbolj točne. Verifikacija napovedi padavin modela ECMWF za območje Slovenije je pokazala, da model pravilno predvidi padavinske dogodke, močno pa podceni količino padavin Ključne besede: hidrološko modeliranje, HEC-1, HBV, model ECMWF, padavinske napovedi, napovedovanje poplav, padavine-odtok, kriging Uvod V zadnjih letih po vsem svetu beležimo vse večje število poplav. Poplave so v svetovnem merilu najštevilčnejše naravne nesreče, ki zahtevajo veliko število smrtnih žrtev, prizadenejo več ljudi kot katerakoli druga naravna nesreča in povzročijo veliko gospodarsko škodo (Bruen, 1999). Tudi v Evropi so poplave po letu 1990 skoraj vsakoleten pojav. Pogoste poplave in ogromna gmotna škoda, ki jo poplave povzročajo, so sprožile vrsto raziskav in kritičnih analiz na tem področju. V okviru programov Evropske unije potekajo projekti, katerih cilj je narediti napredek na področju napovedovanja poplav za zagotavljanje pravočasnih opozoril. V petem okvirnem programu EU je v letih 2000- 2003 potekal mednarodni projekt “Evropski poplavni prognostični sistem”, katerega cilj je bil postaviti prototip sistema za napoved poplav za celo Evropo (Kobold in sod., 2003). Sistem na osnovi vremenske napovedi modela ECMWF Evropskega centra za srednjeročne napovedi omogoča napovedi od 4 do 10 dni vnaprej. Na podlagi teh napovedi naj bi bile zagotovljene dnevne informacije o potencialnih poplavah različnega tipa v različnih prostorskih skalah, in to za večja porečja kot tudi za hudourniške (“flash floods”) poplave na majhnih povodjih s predopozorilno poplavno periodo do tri dni. Triletni projekt EFFS (European Flood Forecasting System) je bil osnovan v letu 2000, vanj pa so bile do leta 2002 vključene zahodnoevropske države. V letu 2002 se je projekt razširil na države vzhodne Evrope (EFFS, 2002). Vključitev novih držav v zadnjem letu * mag., Agencija Republike Slovenije za okolje, Vojkova 1b, 1000 Ljubljana, Slovenija ** Agencija Republike Slovenije za okolje, Vojkova 1b, 1000 Ljubljana, Slovenija 62 projekta je prispevala k povečanju območja EFFS, pridobivanju meteoroloških in hidroloških podatkov, povečanju števila pilotnih porečij za uporabo sistema EFFS, uvajanju novih prognostičnih tehnik in omogočila je vzpostavitev medinštitucionalne mreže za bodoče sodelovanje na področju hidrološkega modeliranja in prognoziranja. V okviru projekta je potekalo več medsebojno povezanih aktivnosti: zbiranje in posredovanje podatkov (meteoroloških, hidroloških in podatkov GIS), razvoj hidrološkega modela LISFLOOD, razvoj metodologije za oceno zanesljivosti napovedi, verifikacija meteoroloških napovedi, hidrološko modeliranje in primerjava rezultatov hidroloških modelov, postavitev in testiranje prototipa operativnega sistema za napoved poplav, delavnice o posredovanju hidroloških napovedi in opozoril. Slovenija se je kot vse druge vzhodnoevropske države v projekt EFFS vključila v letu 2002. Izmed naštetih aktivnosti smo v Sloveniji poleg posredovanja podatkov izvedli verifikacijo padavin modela ECMWF za območje Slovenije in testirali hidrološki model HBV, ki ga je dal Švedski meteorološki in hidrološki inštitut na voljo novo pridruženim članicam za obdobje trajanja projekta. Hidrološko modeliranje se v hidrološki prognostični službi na Agenciji RS za okolje že uspešno uveljavlja za potrebe hidrološkega napovedovanja. Izkušnje, pridobljene v projektu EFFS, so bile zelo dobrodošle za nadaljni razvoj. Hidrološko modeliranje in napovedovanje v Sloveniji Tudi v Sloveniji se s poplavami, običajno hudourniškimi, srečujemo skoraj vsako leto. Slovenija leži v glavnem v povirjih rek, kjer so vzroki poplav velikokrat kratkotrajni in intenzivni nalivi, ki lahko nastopijo tudi v sušnih letih s skromnimi letnimi padavinami. To potrjujejo tudi izkušnje zadnjih let v Sloveniji, ki so bila v letnem povprečju bolj skromna s padavinami, toda bogata z raznimi ujmami, kot so neurja, zemeljski plazovi in poplave. Pri prognoziranju vodnih količin nastopa vrsta težav, saj ima večina slovenskih vodotokov hudourniški značaj. Količine vode se lahko hitro povečajo in tudi hitro odtečejo. V hidrološki prognostični službi Agencije Republike Slovenije za okolje, ki redno spremlja hidrološka stanja rek in izdaja napovedi o predvidenih spremembah pretokov, v primeru visokovodnih situacij pa tudi opozorila o stanju rek in nevarnosti poplavljanja, se operativno uporabljajo klasični regresijski modeli (Sušnik in Polajnar, 1998), v zadnjih letih pa vse bolj tudi konceptualni modeli odtoka (Kobold in Sušnik, 2000). Z regresijskimi modeli je mogoče napovedovati le konice visokovodnih valov, saj ti temeljijo na odnosu med padavinami, običajno 24-urnimi padavinami, in maksimalnim odtokom (konico) vala. S programskim orodjem Watershed Modelling System (WMS) in hidrološkim modelom HEC-1 so že postavljeni modeli za več porečij v Sloveniji (Kobold in sod., 2000). Bistvo programskega orodja WMS je, da združi GIS podatke s standardnimi hidrološkimi modeli. Model HEC-1, ki ga je razvila ameriška vojska, je dobro poznan in uporabljen model tudi v Sloveniji (Brilly, 1993). HEC-1 modelira posamezne padavinske dogodke v nasprotju s programi, ki lahko zvezno modelirajo dolge, tudi večletne nize padavin in odtokov. V okviru projekta EFFS smo imeli možnost testirati švedski model HBV, ki omogoča kontinuirano računanje odtoka. Kot testno povodje smo izbrali porečje Savinje. Savinja je hudourniška reka in urbana področja vzdolž toka so poplavno ogrožena. Čas zakasnitve med padavinami in odtokom je kratek in ga merimo v urah, poplavni dogodki pa trajajo od enega do dveh dni. Napovedovanje poplav v urnem merilu je bistvenega pomena za hidrološko prognozo in sistem opozorjanja. 63 Testno porečje Savinje Savinja je najmočnejši pritok reke Save v Sloveniji in poplavno tudi najbolj ogroženo območje v Sloveniji. Njeno porečje se razprostira od Savinjskih Alp in Karavank preko Celjske kotline do izliva v Savo (Slika 1). Njen tok je dolg 101,7 km in obsega 1847,7 km 2 prispevne površine (Kolbezen in Pristov, 1998). Po naravi je hudourniška reka. Hudourniški značaj pa ima tudi pretežna večina njenih pritokov. V zgornjem toku reke Savinje je povodje gorato z nadmorskimi višinami preko 2000 metrov. Srednji, pretežno ravninski del leži med 200 in 400 metri nadmorske višine. Tla so povečini plitva na apnenčasti podlagi ali zelo prepustne aluvialne prodne formacije. Skoraj 60 % povodja pokriva gozd. Aluvialne ravnine in rečne doline so gosteje naseljene in v glavnem namenjene kmetijstvu. Ta področja so tudi najbolj izpostavljena poplavam. A v s t r i j a N Nazarje Laško Veliko Širje Slika 1 - Topografija povodja Savinje z najpomembnejšimi vodomernimi postajami Topografija povodja Savinje ima močan vpliv na meteorološko dogajanje v porečju. V zgornjem goratem delu povodja znašajo povprečne letne padavine okrog 2000 mm, v srednjem in spodnjem delu pa okrog 1300 mm. Veliko je snežnih padavin v višje ležečih območjih, toda poplave v glavnem povzročijo močne jesenske padavine. Za povodje Savinje sta značilna dva tipa kritičnih vremenskih situacij: jesensko-zimski tip in poletni tip (Marinček, 1992). Za jesensko-zimske situacije so značilne orografske padavine, ki nastanejo ob gorskih pregradah. Relativno široko padavinsko območje in obilne padavine, ki trajajo tudi več dni, povzročijo nastop visokih voda, ki lahko ob intenzivnejših padavinah proti koncu dogodka vodi v poplave. Za poletne padavinske situacije pa so značilne konvektivne padavine, kjer je intenziteta padavin neenakomerno porazdeljena. Te padavine zajamejo manjša območja, na katerih je intenzivnost padavin običajno velika, trajanje pa kratko, zato so poplave lokalnega značaja. Za nastop stoletnih visokih voda je na večjem delu povodja Savinje merodajna jesensko-zimska padavinska situacija. V zadnjih petnajstih letih sta bili na povodju Savinje dve katastrofalni poplavi, 1. novembra leta 1990 in 5. novembra 1998, ki sta povzročili ogromno materialno škodo, in sicer predvsem na območju Celja in Laškega (NIVO, 1991; NIVO, 1999). 64 Model HBV za porečje Savinje Model HBV spada med konceptualne modele padavine-odtok in omogoča kontinuirano računanje odtoka (Bergström, 1995; Lindström in sod., 1997). Razvit je bil na Švedskem meteorološkem in hidrološkem inštitutu. Osnovna verzija modela je bila razvita v začetku sedemdesetih let. Prve operativne napovedi so bile izdelane za povodja na severu Švedske leta 1975. Zadnja verzija modela je HBV-96 (Lindström in sod., 1997). Integrirana je v hidrološki sistem IHMS (Integrated Hydrological Modelling System). Model HBV lahko opišemo kot semi-distribuirani konceptualni model, saj omogoča delitev povodja na manjše enote, podpovodja. Vsako podpovodje lahko nadalje delimo na območja po nadmorski višini, ta pa še po vegetaciji. Vendar je slednja delitev precej groba, saj loči samo dve kategoriji, in sicer gozdne in negozdne površine. Ta delitev se upošteva pri postopkih za računanje snega in vlage v tleh. Glavni računski postopki v modelu so akumulacija snega in taljenje, evapotranspiracija in računanje vlage v tleh, generiranje odtoka ter potovanje (Bergström, 1995; IHMS, 1999). Vhodni podatki v model so padavine, temperatura zraka in potencialna evapotranspiracija. Za delovanje modela zadoščajo mesečne ocene potencialne evapotranspiracije. Najpomembnejši izhodni produkt je odtok, vendar model omogoča prikaz tudi drugih spremenljivk, ki se nanašajo na komponente vodne bilance in jih model računa (padavine, evapotranspiracija, vlaga v tleh, zaloga vode). Poleg geografskih karakteristik povodja nastopa v modelu veliko število parametrov, katerih vrednosti je potrebno oceniti v postopku kalibracije. Model HBV se lahko uporablja za napovedovanje pretokov rek, zlati v primeru visokih voda in poplav, pa tudi za potrebe obratovanja hidroelektrarn in ocene vodnih virov. Model običajno teče na podlagi podatkov o dnevnih vrednostih padavin in temperature zraka ter na podlagi mesečnih ocen potencialne evapotranspiracije. Model HBV temelji na enačbi vodne bilance:   lakes LZ UZ SM SP dt d Q E P        (1) kjer so P padavine, E evapotranspiracija, Q odtok, SP snežna odeja, SM vlaga v tleh, UZ zgornja cona podzemne vode, LZ spodnja cona podzemne vode in lakes volumen jezera. Časovni korak v modelu HBV je običajno en dan, vendar model teoretično dopušča krajši časovni korak (Bergström, 1995). V študijah, ki so jih objavili Lindström in sodelavci (1997), Lidén in Harlin (2000), Reihan in Kovalenko (2000), Seibert (2000), EFFS (2003), je bila izvedena aplikacija modela HBV s časovnim korakom en dan na različnih povodjih v različnih klimatskih območjih. Dejstvo je, da je bila večina obstoječih modelov padavine-odtok originalno razvita na osnovi dnevnih podatkov in da so lahko omejitve pri uporabi teh modelov v časovni skali ene ure (Mathevet in sod., 2004). Glede na to, da model HBV teoretično dopušča krajši časovni korak od enega dneva, smo z namenom simulacije hudourniških poplav na povodju Savinje umerili HBV s časovnim korakom ene ure. V model smo lahko vključili le padavinske postaje, opremljene z ombrografom, katerega vrednosti so v arhivu ARSO podane na pet minut in omogočajo izračun urne količine padavin. Na povodju Savinje in v bližnji okolici je na razpolago samo pet ombrografskih postaj (Slika 2). 65 2 279 268 301 452 Nazarje Veliko Širje Iztok Slika 2 - Model povodja Savinje z ombrografskimi postajami na povodju Na Sliki 2 je prikazan model povodja Savinje z ombrografskimi postajami na povodju in v bližnji okolici. Povodje smo razdelili na dve podpovodji: podpovodje do vodomerne postaje Nazarje na Savinji in podpovodje od Nazarij do vodomerne postaje v Velikem Širju. Prispevna površina zgornjega podpovodja je 457,3 km 2 s povprečno nadmorsko višino 940 m, v območju med 340 m in 2340 m, in spodnjega 1384,6 km 2 s povprečno nadmorsko višino 490 m, v območju med 230 m in 1560 m. Povprečni padec zgornjega podpovodja je 33 % in spodnjega 16 %. Skupno je na povodju 23 meteoroloških postaj, od katerih je samo pet postaj opremljenih z ombrografom. Umerjanje modela smo izvedli za leti 1998 in 1999. Mesečne ocene potencialne evapotranspiracije so bile na voljo za eno postajo na povodju (268). Andréassian s sodelavci (2004) je pokazal, da preprosto privzete ocene potencialne evapotranspiracije kot vhod v model povodja zagotavljajo podobne rezultate kot izboljšane ploskovne ocene evapotranspiracije. Merilo za ujemanje izračunanega pretoka (Qizr) z merjenim (Qmer) je Nash-Sutcliffov kriterij R 2 , ki sta ga vpeljala Nash and Sutcliffe (Bergström, 1995) in izraža varianco okrog povprečja:           2 2 2 1 mer mer mer izr Q Q Q Q R (2) Ta kriterij se običajno uporablja v hidrološkem modeliranju. Pri idealnem prileganju bi bil R 2 =1, vendar vrednost večja od 0.80 v praksi že pomeni zadovoljivo umerjen model (IHMS, 1999). Za povodje Savinje smo v procesu umerjanja modela dobili za R 2 vrednosti 0.76 za v. p. Nazarje in 0.86 za v. p. Veliko Širje. Vrednost kriterija R 2 je manjša za zgornje podpovodje, ki je pretežno gorato z močnimi orografskimi vplivi in veliko variabilnostjo padavin. Z razpoložljivimi ombrografskimi postajami na povodju porazdelitev in količina padavin ni natančno določena, kar je razlog za večja odstopanja pri odtoku. Pet postaj, od katerih sta samo dve na celotnem povodju Savinje (Slika 2), ni dovolj za natančen opis prostorske in količinske porazdelitve padavin. Za pravilen opis padavin v modelu bi bilo potrebno imeti več ombrografskih postaj zlasti v zgornjem delu povodja ali uporabiti radarske podatke kot vhod v model (Kobold in Zgonc, 1998). Vendar je kljub majhnemu številu padavinskih postaj na povodju model zadovoljivo kalibriran (Slika 3). V spodnjem delu povodja odstopanja niso velika in simulirani odtoki v Velikem Širju se dobro ujemajo z merjenimi. 66 v.p. Nazarje 0 200 400 600 0 200 400 600 Q izr (m 3 /s) Q mer (m 3 /s) v.p. Veliko Širje 0 400 800 1200 1600 0 400 800 1200 1600 Q izr (m 3 /s) Q mer (m 3 /s) Slika 3 - Primerjava izračunanih in merjenih pretokov Kalibriran model HBV je možno uporabiti za dnevno napovedovanje odtokov, zlasti visokih voda in poplav na povodju Savinje, pri čemer so vhodni podatki v model prognozirane padavine. Prav tako je lahko uporaba modela tudi analitična. Občutljivost hidroloških modelov na padavine Hidrološki modeli so občutljivi na padavine, ki so glavni vhodni podatek v model. Zanesljivost izračunanega pretoka je odvisna od zanesljivosti padavin in od točnosti ocen parametrov modela ter drugih napak vhodnih podatkov (Krzysztofowicz in Herr, 2001). Napake v količini padavin lahko značilno prispevajo k napaki odtoka. Za simulacijo odtokov je zato pomembno, da razpolagamo s točnimi podatki o padavinah, zlasti v procesu hidrološkega napovedovanja, ko imamo na razpolago prognozirane padavine. S kalibriranim modelom HBV je bila izdelana analiza občutljivosti modela na vhodne padavinske podatke. Analizirano je bilo odstopanje konic visokovodnih valov glede na odstopanje padavin za posamezne padavinske dogodke v obdobju od začetka avgusta do konca novembra 1998. Padavine, ki so povzročile posamezne visokovodne dogodke, smo utežili z različnimi koeficienti med 0.4 in 1.3. Simulacije posameznih dogodkov so bile izvedene neodvisno od drugih dogodkov, da ni bilo vplivov na predhodno namočenost. Za vsak visokovodni val je bil izračunan koeficient odstopanja pretoka konice vala za obe vodomerni postaji (Slika 4). Odstopanje odtoka glede na odstopanje padavin ni linearno, ampak je polinom drugega reda. Napaka v podatkih o padavinah kot vhod v model padavine-odtok vodi k večjemu odstopanju v odtoku. Razmerje napak ni 1:1. Srednje vrednosti koeficientov, standardne deviacije in standardne napake so za obe vodomerni postaji podane v Tabeli 1. Standardna deviacija in standardna napaka se povečujeta z napako v padavinah. Medtem ko je srednja vrednost koeficienta pretoka konice vala skoraj enaka za obe postaji, pa so standardne deviacije in standardne napake večje za Savinjo v Nazarjih (zgornje podpovodje). 67 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 Koeficient P Koeficient Q k Nazarje Veliko Širje Polinomsko (Nazarje) Polinomsko (Veliko Širje) Slika 4 - Odstopanje odtoka glede na odstopanje padavin Nazarje Veliko Širje koeficient P povp.vrednost koef. Q k stand. deviacija stand. napaka povp.vrednost koef. Q k stand. deviacija stand. napaka 0.4 0.27 0.0355 0.0095 0.26 0.0353 0.0094 0.8 0.70 0.0270 0.0070 0.70 0.0196 0.0052 0.9 0.84 0.0200 0.0053 0.84 0.0156 0.0042 1.1 1.17 0.0217 0.0058 1.17 0.0140 0.0037 1.2 1.36 0.0512 0.0137 1.36 0.0325 0.0087 1.3 1.54 0.0836 0.0223 1.56 0.0549 0.0147 Tabela 1 - Povprečna vrednost koeficientov odtoka konic valov, standardne deviacije in standardne napake, izhajajoč iz napake v padavinah. V primeru poplavnih dogodkov je pretok konice vala poleg časa nastopa najpomembnejša informacija, zato je pomembno zagotoviti točne podatke o vhodnih padavinah, bodisi iz padavinskih postaj ali drugih virov (radarsko merjene padavine, padavinska napoved). Točna prostorska in časovna razporeditev padavin je bistvenega pomena za modeliranje procesov padavine-odtok, kar je še zlasti pomembno za majhna povodja (Faurès in sod., 1995). 68 Verifikacija padavinske napovedi modela ECMWF Numerično modeliranje je orodje za proučevanje vremenskih stanj in njihovo napovedovanje. Na Agenciji RS za okolje razpolagamo z rezultati in s količinskimi napovedmi padavin iz štirih modelov z različno domeno, dveh globalnih modelov (ECMWF in DWD/GM) in dveh modelov za omejeno območje (ALADIN/SI in DWD/LM). V okviru projekta EFFS je bila izdelana verifikacija napovedi padavin iz modela ECMWF za območje Slovenije. Verifikacijo smo izvedli za padavinske dogodke, ki so bili izbrani v okviru projekta in so se nanašali na velike poplave večjih evropskih rek (1. december 1994 – 31. marec 1995; 25. junij 1997 – 31. julij 1997; 15. oktober 1994 – 15. november 1994). Ti poplavni dogodki ne sovpadajo z največjimi poplavami v Sloveniji. Glede na različne vremenske tipe v Sloveniji (Rakovec in Vrhovec, 2000) smo za izbiro enodnevnih padavinskih dogodkov vzeli štiri padavinske postaje (Luče - 520 m. n. v., Črnivec - 842 m. n. v., Žaga - 353 m. n. v. in Kočevje - 461 m. n. v.). Kriterij za izbiro dogodkov je bil najmanj 40 mm padavin na vsaj eni padavinski postaji (Slika 5). 0 20 40 60 80 100 120 24.1.1995 27.1.1995 27.6.1997 28.6.1997 15.7.1997 25.7.1997 27.10.1994 29.10.1994 11.11.1994 Merjene padavine (mm) Črnivec Žaga Kočevje Luče Slika 5 - Padavinski dogodki na štirih izbranih postajah, ki predstavljajo različne vremenske tipe. Merjene in interpolirane padavine Podatke iz okrog 240 padavinskih postaj, ki pokrivajo Slovenijo, smo s splošnim krigingom (Kastelec, 2001) interpolirali na mrežo 1 km x 1 km. Prednost te interpolacijske metode je upoštevanje prostorske porazdelitve padavin. Točkovne meritve padavin znotraj ene modelne mrežne celice se lahko zelo razlikujejo, odvisno od terena, tipa padavin in resolucije modela. Primerjava merjenih in modelskih padavin je zato v veliki meri odvisna od lokacije postaje, kar nazorno prikazuje relativni gradient povprečnih letnih padavin obdobja 1961-1990, ki smo ga izračunali na mreži 1 km x 1 km (Slika 6). Relativni gradient je izračunan po enačbah 3a in 3b: 100 * 1 . . , , j i y j i y RR RR grad rel   (3a) 69 in                            y RR RR x RR RR RR j i y j i y j i y j i y j i y 2 2 1 , 1 , , 1 , 1 , (3b) kjer so RRy povprečne letne padavine obdobja 1961-1990,  RRy je gradient padavin, i in j indeksa, ki označujeta geografsko širino in dolžino, x in y pa horizontalna resolucija v obeh smereh. Vrednosti relativnega gradienta (Slika 6) so lahko večje od 10 % na razdalji 1 km. V primeru dnevnih dogodkov so lahko gradienti padavinskih polj precej visoki. Relativni gradient padavin (% RR/km) Slika 6 - Relativni gradient padavin Primerjava merjenih in napovedanih padavin modela ECMWF Globalni model ECMWF ima resolucijo 0.5°. Na Sliki 7 je prikazano območje Slovenije v lat/lon projekciji, prekrito z mrežo modela ECMWF. Verifikacija je bila izpeljana na desetih mrežnih točkah. Slika 7 - ECMWF mrežne točke in relief Slovenije 70 Zagon modela ECMWF poteka vsak dan s podatki ob 12 UTC. Prognostična polja so na voljo do 240 ur vnaprej. Večina meteoroloških postaj meri padavine dnevno, ob 6 UTC, zato je bila narejena primerjava interpoliranih merjenih padavin in napovedi modela ECMWF za naslednje časovne intervale:  ECMWF-2: napoved padavin med +18 in +42 ur vnaprej,  ECMWF-3: napoved padavin med +42 in +66 ur vnaprej ,  ECMWF-4: napoved padavin med +66 in +90 ur vnaprej ,  ECMWF-5: napoved padavin med +90 in +114 ur vnaprej. Na Sliki 8 so prikazani rezultati primerjave večdnevnih padavinskih dogodkov med povprečnimi merjenimi kumulativnimi padavinami in povprečnimi kumulativnimi napovedanimi padavinami (ECMWF-2) za območje Slovenije. Model ECMWF pravilno predvidi padavinske dogodke, podceni pa količino padavin v obravnavanih primerih. Faktor podcenitve se giblje med 1.4 in 5.6, povprečna vrednost je 2.8. 0 10 20 30 40 50 60 20.12.94 21.12.94 22.12.94 23.12.94 24.12.94 25.12.94 Kumulativne padavine (mm) merjene ECMWF 0 10 20 30 40 50 60 70 22.01.95 23.01.95 24.01.95 25.01.95 26.01.95 27.01.95 Kumulativne padavine (mm) merjene ECMWF 0 10 20 30 40 50 60 70 22.01.95 23.01.95 24.01.95 25.01.95 26.01.95 27.01.95 Kumulativne padavine (mm) merjene ECMWF 0 20 40 60 80 100 25.10.94 26.10.94 27.10.94 28.10.94 29.10.94 Kumulativne padavine (mm) merjene ECMWF Slika 8 - Kumulativne merjene in modelske ECMWF-padavine (Slovenija, povprečje) V nadaljevanju je prikazana analiza merjenih in modelskih padavin za enodnevne dogodke. Slika 9 kaže relativno razliko med modelskimi in merjenimi padavinami. Relativna razlika je izračunana po enačbi: 100 * mod meas meas rel RR RR RR RR    (4) kjer so RRmeas povprečne merjene padavine znotraj ene ECMWF-mrežne točke, RRmod je izhod modela za mrežno točko, pa pomeni povprečenje preko mrežnih točk. 71 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 24.1.1995 27.1.1995 27.6.1997 28.6.1997 15.7.1997 25.7.1997 27.10.1994 29.10.1994 11.11.1994 Podcenitev (%) ECMWF-5: napoved padavin med +90 in +114 ur vnaprej ECMWF-4: napoved padavin med +66 in +90 ur vnaprej ECMWF-3: napoved padavin med +42 in +66 ur vnaprej ECMWF-2: napoved padavin med +18 in +42 ur vnaprej Slika 9 - Relativna razlika med modelskimi in merjenimi padavinami za različne časovne intervale Model ECMWF podceni količino padavin v vseh primerih z izjemo dveh konvektivnih dogodkov (27. junij 1997 in 28. junij 1997). V splošnem, čeprav ne vedno, je relativna napaka napovedanih padavin manjša, ko so časovni intervali bližje merjenim padavinam (Slika 9). Podcenitev padavin je med 35 % in 85 %, povprečna vrednost je okrog 60 %. Nadaljne analize vključujejo samo padavine najbližjega časovnega intervala (ECMWF- 2). Padavine so bile najprej za obravnavane enodnevne padavinske dogodke povprečene preko mrežnih točk, ki pokrivajo Slovenijo (Slika 10) in potem povprečene še po dogodkih za vsako mrežno točko posebej (Slika 11). Največje relativne razlike so v območjih z najmanjšo količino padavin (mrežne točke 3, 4 in 8). V območjih z največjo količino padavin v Sloveniji so relativne razlike manjše (mrežne točke 1, 5 in 6). 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 24.1.1995 27.1.1995 27.6.1997 28.6.1997 15.7.1997 25.7.1997 27.10.1994 29.10.1994 11.11.1994 RR (mm) merjene padavine padavine ECMWF-2 Slika 10 - Količina padavin za enodnevne dogodke (povprečje po mrežnih točkah) 72 0 5 10 15 20 25 30 35 40 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 mrežna točka ECMWF RR (mm) merjene padavine padavine ECMWF-2 Slika 11 - Količina padavin v mrežnih točkah (povprečje po enodnevnih dogodkih) Pri uporabi količinskih napovedi padavin kot vhod v hidrološke modele se običajno predpostavi, da so padavine konstantne znotraj mrežne celice. Glede na to predpostavko je napaka v padavinski napovedi sestavljena iz dveh delov: napake modela, ki je nezmožen točno napovedati padavine, in napake, povzročene s predpostavko enotno razporejenih padavin znotraj mrežne celice. k i mea k av k av k k i mea k x x x x x x , mod , mod      (5) V enačbi 5 k x mod označuje numerični modelski rezultat k-te modelske mrežne točke, k i mea x , so merjene padavine na lokaciji i znotraj k-te numerične modelske mrežne celice in k av x je povprečje k i mea x , znotraj modelske mrežne celice k. Z računanjem variance (drugega centralnega momenta s seštevanjem po i in k) enačbe 5 lahko varianco napake zapišemo kot: ua      mod (6) kjer je      K k k av k x x K 1 mod mod ) ( 1 1  (6a)         K k I i k i mea k av ua x x I K 1 1 , ) ( ) 1 )( 1 ( 1  (6b) mod  imenujemo standardno deviacijo napake modela kot rezultat nezmožnosti modela, da napove padavine točno, in ua  standardno deviacijo napake zaradi predpostavke enotno razporejenih padavin znotraj modelske mrežne celice. Napaka, povzročena s predpostavko enotno razporejenih padavin znotraj modelske celice, ni odvisna od zmožnosti modela, da napove padavine točno, ampak od horizontalne 73 resolucije modela in naravne variabilnosti padavin. Njegova standardna deviacija je bila ocenjena z računanjem standardne deviacije padavin iz interpoliranih merjenih padavin v mreži 1 km x 1 km na mrežo ECMWF. Na Slikah 12 in 13 so prikazane povprečne razlike med ECMWF in merjenimi padavinami za območje Slovenije (merjene-ECMWF), standardna deviacija napake modela (st. dev. (merjene-ECMWF)) in standardna deviacija napake zaradi predpostavke enotno razporejenih padavin znotraj mrežne celice (st. dev. (pad. znotraj mreže)). Primerjava standardnih deviacij napak pokaže najbolj pomemben vir napak v primeru hidrološke napovedi. To je lahko napaka modela ali slaba resolucija modela. Podobno kot na Slikah 10 in 11, je na Slikah 12 in 13 prikazano povprečje preko modelskih točk in preko dogodkov. 0 5 10 15 20 25 30 35 40 24.1.1995 27.1.1995 27.6.1997 28.6.1997 15.7.1997 25.7.1997 27.10.1994 29.10.1994 11.11.1994 delta RR (mm) merjene-ECMWF st. dev (merjene-ECMWF) st. dev (pad. znotraj mreže) Slika 12 - Povprečna napaka modela, standardna deviacija napake modela in standardna deviacija padavin znotraj mrežnih celic za enodnevne dogodke 0 5 10 15 20 25 30 35 40 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 mrežna točka delta RR (mm) merjene-ECMWF st. dev (merjene-ECMWF) st. dev (pad. znotraj mreže) Slika 13 - Povprečna napaka modela, standardna deviacija napake modela in standardna deviacija padavin znotraj mrežnih celic za mrežne točke 74 Standardna deviacija napake zaradi predpostavke enotno razporejenih padavin znotraj modelske celice je okrog 10 mm za enodnevne dogodke (Slika 12). Izgleda, da je nekoliko večja v konvektivnih padavinskih dogodkih (25. julij 1997, 27. junij 1997 in 28. junij 1997). V splošnem pa model ECMWF sistematično podceni količino padavin preko Slovenije in ta podcenitev je največji vir napake, ko so napovedane padavine vhod v hidrološke modele. V večini primerov daje model z grobo resolucijo okrog 10 mm napake v padavinah in je v splošnem manjša, kot je sistematična podcenitev modelskih rezultatov. Slika 13 kaže, da je variabilnost padavin veliko večja v goratem severozahodnem delu Slovenije (mrežni točki 1 in 5). Zaključki Vremenske napovedi nam skupaj z informacijami o lastnostih povodja in modeli padavine-odtok nudijo informacije o možnih poplavah. Vendar so hidrološki modeli občutljivi na padavine kot glavni vhodni podatek v te modele, zato je za zanesljive napovedi in opozorila pred poplavami ključna točnost napovedanih padavin. Konceptualni model HBV s časovnim korakom ene ure se je pokazal za sprejemljivega za simulacijo hudourniških poplav. Glavna ovira, ki se pojavlja pri modeliranju s kratkimi časovnimi koraki, je pomanjkanje podatkov tako za kalibracijo kot za nadaljne aplikacije ali operativno rabo. Izvedene analize kažejo, da lahko količinske napovedi modela ECMWF v hidrološkem modeliranju povzročijo zelo velike napake v odtokih, saj ECMWF v splošnem podceni količino padavin, v povrečju za 60 %. Variabilnost padavin v Sloveniji je velika in resolucija modela ECMWF je pregroba za opis te variabilnosti. Napovedovanje pojavov v manjši skali z boljšo resolucijo je ključno za točnost regionalnih napovedi in zlasti za območja s kompleksno topografijo, kot je Slovenija. Nadaljne delo mora biti usmerjeno v analize merjenih padavin in napovedanih padavin modela ALADIN/SI, ki pokriva območje Slovenije z resolucijo okrog 11 km (Vrhovec in sod., 1998). Te analize bodo pokazale uporabnost napovedi padavin modela za omejeno območje za napovedovanje odtokov do dva dni vnaprej, kot je časovna napoved modela ALADIN/SI. Zahvala Delo je plod sodelovanja Agencije RS za okolje in Fakultete za gradbeništvo in geodezijo v Ljubljani v projektu EFFS in financirano s strani Evropske skupnosti. Avtorja se želiva še posebej zahvaliti koordinatorju projekta prof. M. Brilly-u za uspešno koordinacijo in dragoceno pomoč. Viri Andréassian, V., Perrin, C., Michel, C., 2004. Impact of imperfect potential evapotranspiration knowledge on the efficiency and parameters of watershed models. Journal of Hydrology 286, 19-35. Bergström, S., 1995. The HBV model. In: Computer Models of Watershed Hydrology (ed. by V. P. Singh), 443-476. Water Resources Publication, Colorado,USA. Brilly, M., 1993. Priročnik za program HEC-1, Univerza v Ljubljani, Hidrotehnična smer FAGG, Ljubljana. 75 Bruen, M., 1999. Some General Comments on Flood Forecasting. Proc. of Euroconference on Global Change and Catastrophic Risk Management:Flood Risks in Europe. IIASA, Laxenburg, Austria. EFFS, 2002. An European Flood Forecasting System, Report Kickoff Meeting EFFS-NAS, 4-5 November 2002, Contract no. EVG1-CT-1999-00011, WL Delft Hydraulics, Netherlands. EFFS, 2003. An European Flood Forecasting System. Final Report WP 8, Contract no. EVG1-CT- 1999-00011, Deliverable no. 8.3, WL Delft Hydraulics, Netherlands. Faurès, J.N., Goodrich, D.C., Woolhiser, D.A., Sorooshian, S., 1995. Impact of small-scale spatial rainfall variability on runoff modeling. Jornal of Hydrology 173, 309-326. IHMS, 1999. Integrated Hydrological Modelling System. Manual, Version 4.5. Swedish Meteorological and Hydrological Institute, Norrköping, Sweden. Kastelec, D., 2001. Objektivna prostorska interpolacija meteoroloških spremenljivk in njihovo kartiranje. Doktorska disertacija, Univerza v Ljubljani, Slovenija. Kobold, M., Sušelj, K., Štravs., L., Brilly, M., 2003. Razvoj evropskega poplavnega prognostičnega sistema. 14. Mišičev vodarski dan 2003, Zbornik referatov, VGB Maribor. Kobold, M. and Sušnik, M., 2000. Watershed modelling and surface runoff simulation. Internationales Symposion INTERPRAEVENT 2000 – Villach, Österreich, Tagungspublikation, Band 2. 329 – 338. Kobold, M., Sušnik, M. and Polajnar, J., 2000. New approaches in Slovenian hydrological forecasting service, XX. Conference of the Danube countries, Bratislava, Slovakia, Conference abstracts, Zgoščenka z referati. Kobold, M., Zgonc, A., 1998. The accuracy of the radar-estimated areal hourly rainfall. COST-75, Advanced weather radar system, Proceedings of International seminar, Locarno, Switzerland, 179-186. Kolbezen, M. in Pristov, J., 1998. Površinski vodotoki in vodna bilanca Slovenije. Hidrometeorološki zavod Republike Slovenije, Ljubljana. Krzysztofowicz, R., Herr, H., D., 2001. Hydrologic uncertainty processor for probabilistic river stage forecasting: precipitation-dependent model. Journal of Hydrology 249, 46-68. Lidén, R., Harlin, J., 2000. Analysis of conceptual rainfall-runoff modelling performance in different climates, Journal of Hydrology 238, 231-247. Lindström, G., Johansson, B., Persson, M., Gardelin, M., Bergström, S., 1997. Development and test of the distributed HBV-96 hydrological model. Journal of Hydrology 201, 272-288. Marinček, M., 1992.Vzroki poplave v Celju 1. novembra 1990. Zbornik Poplave v Sloveniji, Ministrstvo za obrambo, RUZR, Ljubljana, str.155-161. Mathevet, T., Michel, C., Perrin, C., Andreassian, V., 2004. Experimental design of a lumped rainfall-runoff model dedicated to the hourly time-step. BALWOIS Conference on water observation and information system for decision support, Abstracts, Ohrid, Macedonia. 394- 395. NIVO, 1991. Vodna ujma. Slovenj Gradec, Slovenija. NIVO, 1999. Vodna ujma 1999. Celje, Slovenija. Rakovec, J. in Vrhovec, T., 2000. Osnove Meteorologije za naravoslovce in tehnike. Društvo matematikov, fizikov in astronomov Slovenije, Ljubljana. Reihan, A., Kovalenko, O., 2000. Experience of an application of the HBV model for runoff computation in Estonia. Proceedings of the Symposium dedicated to the 40 th Anniversary of Institute of the Environmental Engineering at Tallinn Technical University. 126-134. Seibert, J., 2000. Multi-criteria calibration of a conceptual runoff model using a genetic algorithm. Hydrology and Earth System Sciences, 4(2), 215-224. Sušnik, M. and Polajnar, J., 1998. Simple hydrological forecasting models: operational experience. Proceedings of XIXth Conference of the Danube Countries, Osijek, Croatia. 31 – 36. Vrhovec, T., Žagar, M., Brilly, M., Šraj, M., 1998. Napovedovanje padavin z modelom ALADIN- SI in modeliranje površinskega odtoka. Zbornik referatov 17. Goljevščkovega spominskega dne, Acta hydrotechnica 16/23, Ljubljana. 71-84. 77 ANAMORFOZE V TEMATSKI KARTOGRAFIJI Gregor Sluga * Povzetek Anamorfoze so edinstveno kartografsko izrazno sredstvo, ki je v tematski kartografiji podcenjeno in redko uporabljeno. Bistveni vzroki za skromno razširjenost anamorfoz so slabo poznavanje njihovih teoretičnih osnov med kartografi in uporabniki ter nedosegljivost ustreznih tehnik in programskih orodij za njihovo izdelavo. Po pregledu obstoječih tehnik izdelave anamorfoz smo razvili lastno tehniko njihove izdelave in izdelali enotno programsko orodje za izdelavo anamorfoz z različnimi tehnikami. Lastna tehnika praviloma dosega boljše rezultate kot obstoječe tehnike in s tem prispeva k večji učinkovitosti prenosa informacij z anamorfozami. Enotno programsko orodje za izdelavo anamorfoz smo izdelali v široko razširjenem namizno- kartografskem okolju in s tem omogočili njegovo uporabo širšemu krogu izdelovalcev tematskih kart. Ključne besede: anamorfoza, tematska kartografija, programsko orodje, deformacija, projekcija. Uvod V tematski kartografiji za prikazovanje kvantitativnih pojavov znotraj prostorskih enot pogosto uporabimo metodo barvanja enot v različnih svetlostnih tonih enobarvne ali večbarvne lestvice. Temu pravimo prikazovanje pojavov po statistični ali koropletni metodi ali na kratko kartogram. Težava prikazov s kartogrami je nenamerno poudarjanje prostorskih enot z večjo ploščino ne glede na vrednost pojava. Človeško oko in um namreč zaznavata telesa predvsem na podlagi njihove ploščine (Cauvin et al., 1989). Drugače povedano, težave prenosa informacij so tam, kjer enote z večjimi vrednostmi pojava zaradi svoje majhnosti ne pridejo do izraza ali pa jih sploh ni videti. Takih primerov je veliko, saj enote praviloma niso dimenzionirane sorazmerno z izbranim pojavom. Izjema so pojavi, ki so v neposredni povezavi s površino prostorskih enot, na primer količina kmetijskih pridelkov, površina gozdnih površin in podobno. Ena od možnih rešitev opisanih težav je dodaten izsek karte, ki prikazuje najbolj zgoščen del karte v večjem merilu. Rešitev med kartografi ni najbolje sprejeta, ker izsek težko miselno umestimo v izvirno karto. Boljša rešitev je metoda prikazovanja pojavov z anamorfozami 1 . Anamorfoze so karte z namerno deformacijo kartografske projekcije, s katero skušamo doseči določene vnaprej zastavljene cilje. Večinoma gre za prikaze s * mag. Gregor Sluga, univ.dipl.meteor, Inštitut za vode RS, Hajdrihova 28c, Ljubljana 1 Anamorfoza [gr. anamorphosis-preoblikovanje] glede na optične zakone izmaličena ali varljiva risba, ki dobi ob določenih pogojih normalen videz (Veliki slovar tujk, CZ, 2002). Izraz anamorfoza se za karte z namernimi deformacijami kartografske projekcije uporablja v francosko in rusko govorečih deželah. V angleško govorečih pa se uporabljajo izrazi cartogram, value-by-area cartogram, diagrammatic map ali na kratko transformations. V slovenski terminologiji izraz kartogram uporabljamo za poimenovanje različnih prikazov po prostorskih enotah. Termin površinski kartogram označuje tematske karte, ki prikazujejo pojav po statistični ali geometrični metodi. Izraza kartogram oziroma cartogram imata torej v slovenščini in angleščini različen pomen, zato za karte z namerno deformirano kartografsko projekcijo uporabljamo izraz anamorfoza. 78 predhodno deformacijo kartografske projekcije na način, da spremenimo ploščino prikazovanih prostorskih enot sorazmerno z vrednostjo izbranega kvantitativnega pojava. S spremembo ploščine prostorskih enot kodiramo oziroma zapišemo informacijo o vrednosti pojava. Kot rezultat dobimo karto, ki ima preko celotnega kartografskega območja enotno površinsko gostoto izbranega kvantitativnega pojava. Ploščine prostorskih enot na anamorfozi niso odvisne od ploščin enot na osnovni karti, temveč le od vrednosti izbranega pojava, ki ga z anamorfozo kodiramo. Prostorske enote z večjimi vrednostmi pojava imajo primerno večjo ploščino in so zato bolj poudarjene in obratno. S tem odpravimo bistveno pomanjkljivost tradicionalnih tematskih prikazov. Prednost anamorfoz je poudarjanje prostorske porazdelitve pojava in ne velikosti posameznih prostorskih enot. Izdelava anamorfoz je kompleksna. Pomoč pri izdelavi iščemo v računalniških rešitvah, ki olajšajo zamudno in pogosto subjektivno ročno delo. Ob procesu prilagajanja ploščin danim podatkom pride do nezaželenega popačenja prostorskih enot. Naloga kartografa, izdelovalca anamorfoz, je minimiziranje spremembe oblik do te mere, da so prostorske enote in karta kot celota še vedno razpoznavne. Anamorfoze v tematski kartografiji niso razširjene. Kartografi jih uporabljajo le v izjemnih primerih. Glavna vzroka za to sta dva. Prvi vzrok je dejstvo, da v razvoju anamorfoz še ni bila razvita tehnika izdelave anamorfoz, ki bi se zadovoljivo spopadla z ohranjanjem oblik enot ob procesu prilagajanja ploščin. V razvoju anamorfoz pozitivno izstopajo tehnike, ki so jih razvili Dougenik (Dougenik et al., 1985), Guseine-Zade, Tikunov (Guseine-Zade & Tikunov, 1993), Kocmoud (Kocmoud, 1997) in Keim (Keim et al., 2001). Drugi vzrok pa je težka dosegljivost že razvitih tehnik izdelave anamorfoz. Nerazširjenost anamorfoz je moč pripisati tudi šibkemu poznavanju teoretičnih osnov anamorfoz med kartografi in uporabniki in s tem nizkim interesom za njihovo uporabo. Anamorfoze so uporabne v vseh primerih, ko želimo prikazati prostorsko porazdelitev kvantitativnega pojava. Če je pojav bolj povezan s ploščino prostorske enote, je bolje za osnovo uporabiti osnovno, nedeformirano karto. Uporaba anamorfoze v tem primeru ni smiselna. Primerni podatki, a hkrati zahtevnejši, za prikaz z anamorfozo so dramatični, ko ima majhna prostorska enota veliko vrednost pojava. V tem primeru pride anamorfoza kot izrazno sredstvo do izraza v polni meri. V splošnem uspeh prenosa informacij z anamorfozami ni zagotovljen, odvisen je od (Dent, 1996):  prepoznavanja oblik,  ocenjevanja velikosti ploščin in  spravljene mentalne slike bralca za poznavanje osnovne karte. Predmete prepoznavamo na osnovi njihovih oblik. Za dvodimenzionalne karte velja, da like prepoznavamo po obliki obrisov njihovih meja (Dent, 1975). To je ključnega pomena za uspeh anamorfoze. Ocenjevanje velikosti ploščin je pomembno, saj lahko pride do napake ob prenosu informacije o vrednosti pojava. Na oceno velikosti posameznih enot najbolj vplivata oblika in velikost legende. Sporočilo anamorfoze bo uspešno prenešeno, če bo bralec zaznal razliko med anamorfozo in osnovno karto, kar pomeni, da mora imeti bralec osnovno karto vedno pred očmi. Uspeh anamorfoz kot komunikacijskega medija je v sposobnosti bralca, da rekonstruira vidno obliko na anamorfozi v sebi razpoznavno obliko. Zato je za neuke uporabnike nujno potrebno dodati pojasnilo, kaj sploh je anamorfoza in kako jo izdelamo. S tem preprečimo nepravilno interpretacijo anamorfoze. 79 Lastna tehnika Lastno tehniko izdelave anamorfoz smo osnovali na že obstoječi tehniki, ki sta jo razvila Guseine-Zade in Tikunov (Guseine-Zade & Tikunov, 1993). Opisana tehnika prilagajanja ploščin je po našem mnenju najbolj primerna zaradi več razlogov. Prvi je njena hitra konvergenca, drugi pa je dobra lokalna konformnost. Topološke napake osnovnega algoritma smo odpravili s sprotnim preverjanjem in popravljanjem topoloških napak. Osnovnemu algoritmu smo dodali algoritem popravljanja oblik enot, ki smo ga delno prilagodili nekaterim lastnostim človeškega zaznavanja oblik. Tehnika Guseine-Zade, Tikunov je primerna za izdelavo anamorfoz, saj teoretično in tudi v praksi dobro zadosti pogoju o prilagajanju ploščin. S to tehniko je povprečna napaka ploščin manjša od 10 %, v večini zmerno velikih primerov že po manj kot 10 iteracijah. Tudi ohranjanje oblike je na zavidljivem nivoju zaradi njene analitične izpeljave in lokalne konformnosti. Zaradi diskretne predstavitve modela (diskretne meje, diskretno reševanje enačbe) pride do napak in razhajanj od idealne analitične rešitve. Napake se pojavijo predvsem v topologiji in pri ohranjanju oblik prostorskih enot. Tehniko Guseine-Zade, Tikunov smo nadgradili z algoritmom za popravljanje oblike prostorskim enotam. Idealni položaj točke-vozla določimo na osnovi dveh bistvenih lastnosti oblike prostorske enote. Prva lastnost je razmerje dolžine stranic glede na obseg prostorske enote, druga lastnost pa je orientacija posameznih stranic v prostorski enoti. V primeru, ko bi imela transformirana prostorska enota enaka razmerja med dolžinami stranic in enake orientacije stranic kot netransformirana enota, bi bili enoti podobni, kar je cilj ohranjanja oblike. Ker je za vsako lastnost ohranjanja oblike idealni položaj drugje, za popravljanje skupne oblike uporabimo uteženo povprečje popravkov in s tem kompromisno rešitev. V primeru, da je vozel hkrati vozel dvema ali več prostorskim enotam, moramo vektorsko sešteti vse prispevke. Za doseganje boljših vizualnih rezultatov ohranjanja oblike v našem algoritmu prispevke seštejemo uteženo. Prispevke utežimo glede na vrednost pojava, ki je pripisan prostorski enoti. S tem postopkom so posledično večje enote oblikovno pravilnejše od manjših. Vizualno nam utežitev nudi boljše rezultate, saj so večje enote bolj vpadljive in je prav, da so oblikovno pravilnejše. Izdelave anamorfoze se lotimo v korakih. Kot prva je potrebna generalizacija prostorskih enot, ki močno pripomore k zmanjšanju računskega časa. Generaliziramo do te mere, da so enote še vedno dobro razpoznavne in ohranijo bistvene oblikovne poteze. Sledi izmenično prilagajanje površin in popravljanje oblik. Ob vsakem premiku vozlov poženemo algoritem za odkrivanje in popravljanje topoloških napak. Postopek ponavljamo, dokler ni dosežen rezultat, ki ga ni mogoče dosti izboljšati. Z izmeničnim prilagajanjem ploščin in popravljanj oblik smo dovršili tehniko, ki je po našem mnenju boljša od obstoječih. Prednosti se kažejo predvsem v rezultatih na sistemih večjih razsežnosti in pri sistemih z večjimi skoki v gostoti izbranega pojava. Bistvena prednost so večji uspehi pri ohranjanju oblik, ki ohranjajo prostorske enote in tudi karto kot celoto prepoznavne. Lastna tehnika ima le dve pomanjkljivosti. Prva je, da so časi izdelave anamorfoz za kompleksnejše sisteme precej dolgi. Druga pa je, da je natančnost prilagajanja ploščin v primeru kompleksnejših sistemov skromna. Teorija pravi, da ni mogoče oboje, hkratno natančno prilagajanje ploščin in natančno ohranjanje oblik (Keim et al., 2001). Menimo, da naša tehnika ponuja najboljši kompromis med obema vidikoma natančnosti in s tem največjo sporočilno vrednost anamorfoze. 80 Rezultati Za testni sistem smo izbrali generalizirane obrise mej občin osrednjeslovenske statistične regije. Gre za sistem 24 poligonov (304 vozlov) z zelo ostrimi prehodi v gostoti izbranega pojava, števila prebivalstva. Sistem bo realno pokazal uporabnost lastne tehnike anamorfoz, saj lahko večino enostavnih tematskih kart predstavimo s podobno velikim sistemom. Težava sistema je, da se morata občini Ljubljana in Domžale zaradi velike gostote prebivalstva izjemno povečati, vse ostale občine pa zaradi manjše gostote prebivalstva pomanjšati. Ker je občina Ljubljana v središču osnovne karte in se mora topologija med enotami ohranjati, se v določeno smer raztegnejo tudi okoliške enote, ki pa bi se morale pomanjšati. Opisani problem še posebej otežuje ohranjanje oblike. Slika 1 - Napake ploščine na osnovni karti in anamorfozi, narejeni z lastno tehniko. Napake ploščine na osnovni karti so očitne (Slika 1), večino prostorskih enot je potrebno povečati ali pomanjšati za več kot 100 %. Izdelana anamorfoza napake zadovoljivo zmanjša ob zglednem ohranjanju oblik. Prepoznamo lahko vse pomembnejše občine. Nekatere manjše in obrobne občine so manj razpoznavne zaradi večjih popačenj, ki so posledica ohranjanja topologije. napaka ploščine (osnovna karta 131,8 %) 19,30% napaka orientacije stranic 26,5° napaka razmerja dolžin stranic 28,50% utežena napaka ploščine (osnovna karta 95,6 %) 11,70% utežena napaka orientacije stranic 23,9° utežena napaka razmerja dolžin stranic 26,50% Preglednica 1 - Napake izdelane anamorfoze za testni primer. Tudi numerični podatki (Preglednica 1) kažejo, da je oblikovno naša rešitev zadovoljiva. Utežena povprečna napaka ploščin je zelo blizu 10 %, kar je še sprejemljivo (Dent, 1975). Primerjava rezultatov različnih tehnik izdelave anamorfoz (Slika 2) nazorno prikazuje težavnost primera in razmeroma neuspešne poizkuse izdelave anamorfoz v preteklosti. 81 Primeri so podani kronološko. Prav vse tehnike sliko bistveno bolj deformirajo kot jo razultat naše tehnike. Nekaterim tehnikam sicer uspe bistveno zmanjšati napako ploščine, a to le na račun večjih popačitev. Testni primer kaže uspešnost naše tehnike pri iskanju dobrega kompromisa med kodiranjem pojava in popačitvami. Boljše ohranjanje oblike pri večjih prostorskih enotah se izkaže za vizualno učinkovito. Slika 2 - Primerjava razultatov različnih tehnik izdelave anamorfoz za testni primer 82 Zaključek Anamorfoza prenese informacije brez generalizacije in pri tem pogosto naredi vidno, kar je prikrito, kar si je na tradicionalni tematski karti težko predstavljati ali videti (Dorling, 1994). Zaradi enakomerne ploskovne gostote izbranega pojava na anamorfozi se pokažejo prostorski vzorci, ki jih drugače ne bi mogli opaziti in jih pravilno analizirati. Anamorfoza je nenavadna slika, ki povečuje sposobnost prenosa informacij tematske karte in je zato njena uporaba v tematski kartografiji upravičena (Dent, 1996). Anamorfoze se večinoma uporabljajo za prikaze prostorske razporeditve socio- ekonomskih in demografskih pojavov. Uporabo pa lahko razširimo tudi na področja geofizike, kjer se je klasična tematska kartografija že udomačila. Predstavljamo si anamorfoze emisij, anamorfoze povprečne višine snežne oddeje, anamorfoze žarišč potresnih sunkov, anamorfoze različnih klimatoloških podatkov na osnovi občin, hidrografskih območjih, povodjih in drugih primernih enotah. Vsekakor uporaba anamorfoz v geofiziki ni namenjena predstavitvi prostorske porazdelitve pojavov široki javnosti, ampak lahko služi za boljšo prepoznavnost prostorskih vzorcev in razporeditev pojavov pri analizah in študijah pojavov. Primer analize pogostosti pojavljanja močnejših neviht s točo v prostoru enakomerne površinske gostote obratne vrednosti občutljivih kmetijskih površin (anamorfoza obratne vrednosti) bi gotovo olajšal določitev kritičnih mest, kjer so vlaganja v ukrepe zoper toče smiselni (postavitev radarja, uporaba mrež, saditev manj občutljivih kultur, izstrelišča za rakete proti toči, ...). Literatura Cauvin C., Schneider C., Cherrier G., 1989. Cartographic Transformations and the Piezopleth Maps Method, The Cartographic Journal, Vol. 26, 1989, str. 96-104. Dent B.D., 1975. Communication Aspects of Value-by-Area Cartograms, The American Cartographer, Vol. 2, No. 2, 1975, str.154-168. Dent B.D., 1996. Cartography Thematic Map Design, str. 202-216. Dorling D., 1994. Cartograms For Visualizing Human Geography, Visualization in Geographical Information Systems, John Wiley and Sons, Chichester, str. 85-102. Dougenik J.A., Chrisman R.N., Niemeyer D.R., 1985. An Algorithm to construct Continuous Area Cartograms, The Professional Geographer, Vol. 37, No. 1, 1985, str. 75-81. Gusein-Zade S.M., Tikunov V.S., 1993. A New Technique for Constructing Continuous Cartograms, Cartography and Geographic Information Systems, Vol. 20, No. 3, 1993, str. 167- 173. Kadmon N., Shlomi E., 1978. A Polyfocal Projection for Statistical Surfaces, The Cartographic Journal, Vol. 15, No. 1, 1978, str. 36-41. Keim D.A., North S.C., Panse C., 2001. CartoDraw: A Fast Algorithm for Generating Contiguous Cartograms, AT&T Shannon Laboratory, Florham Park, NJ, USA, www.research.att.com/˜north/papers/01/KNP01.pdf , str. 32. Kocmoud C.J., 1997. Constructing Continuous Cartograms: A Constraint-Based Approach, Thesis, Texas A&M University, 1997, str.114. Tobler W.R., 1973. A Continuous Transformation Useful For Districting, Annals of the New York Academy of Sciences, Vol. 219, No. 9, 1973, str. 215-220. Tobler W.R., 1986. Pseudo-Cartograms, The American Cartographer, Vol. 13, No.1, 1986, str. 43- 50. 83 AKTIVNI PREMIKI OB PRELOMIH PERIADRIATSKEGA PRELOMNEGA SISTEMA V VZHODNI SLOVENIJI: PRVI REZULTATI GPS-MERITEV Marko Vrabec * , Polona Pavlovčič Prešeren ** , Bojan Stopar ** Razširjeni povzetek Periadriatski prelomni sistem (PPS) je ena izmed najbolj pomembnih postkolizijskih struktur v Alpah. V procesih miocenske ekstruzije ozemlja Vzhodnih Alp proti vzhodu se je ob PPS, ki je imel vlogo južne meje ekstruzije, izvršilo najmanj 100 km desnega premika. Jedro prelomne cone PPS po začetku srednjega miocena sicer ni bilo več aktivno, saj najvzhodnejši del cone, ki izdanja vzhodni Sloveniji, prekrivajo 17 Ma stari sedimenti, vendar pa se je desnozmična deformacija prenašala na južnejše segmente PPS, ki so bili aktivni vse do kvartarja (Fodor et al., 1998). Ekstruzija Vzhodnih Alp se je ustavila konec miocena, ko je zaustavitev subdukcije v Karpatskem loku preprečila nadaljnje premike proti vzhodu. Novejše raziskave, denimo odkritje aktivnih zmičnih premikov znotraj Panonskega bazena, predvsem pa GPS-meritve premikov točk Srednjeevropske geodinamske mreže CERGOP (Grenerczy, 2002) kažejo, da se procesi ekstruzije nadaljujejo tudi v današnjem času. Grenerczyeva analiza GPS meritvev kaže, da se enota Vzhodnih Alp premika proti vzhodu s hitrostjo ~1.5 mm/leto glede na stabilno Evrazijo in “Jadranski blok”, ki se primika Evraziji s hitrostjo ~2 mm/leto. Južna meja premikajoče se enote Vzhodnih Alp bi lahko bil Periadriatski prelom in njegov vzhodni podaljšek, Srednjemadžarska cona, vendar zaradi majhnega števila točk CERGOP mreže in njihove velike medsebojne oddaljenosti ni bilo mogoče natančneje opredeliti lokacije te strukturne meje, niti oceniti, ali so premiki res omejeni na eno samo prelomno cono, ali pa je deformacija porazdeljena v širšem območju. V prispevku predstavljamo ugotovitve analize premikov devetih točk Velike geodinamične mreže Premogovnika Velenje v obdobju šestih let (1996-2002), pridobljene na osnovi meritev GPS (Global Positioning System). Mreža pokriva območje od Kamnika in Luč na zahodu, Uršlje gore in Velike Kope na severu, Mrzlice na jugu in Ponikve na vzhodu, ter tako sega preko vseh glavnih prelomov PPS v Sloveniji: Savskega, Šoštanjskega, Smrekovškega in Labotskega. Izmera GPS na točkah v Veliki geodinamični mreži Premogovnika Velenje je bila opravljena trikrat. Prva izmera je potekala med 10. in 12. julijem 1996, druga med 1. in 3. septembrom 1999 in tretja med 3. in 5. septembrom 2002. V vseh GPS-izmerah smo opravili GPS-opazovanja v trajanju 48 ur na posamezni točki, hkrati na vseh točkah mreže. GPS-opazovanja smo obdelali v programskem paketu Bernese ver. 4.2 (Hugentobler et al., 2001), z uporabo natančnih IGS (International GPS Service) efemerid GPS-satelitov in Saastamoinenovega modela troposferske refrakcije. Prvi rezultat obdelave GPS-izmer so koordinate točk določene za vsako od izmer v ITRF2000 koordinatnem sestavu s formalno ocenjeno informacijo o natančnosti koordinat točk. Koordinate točk, določene v treh časovnih obdobjih, smo nato uporabili za oceno vektorjev hitrosti sprememb položajev točk ter za oceno natančnosti vektorjev hitrosti. Formalno ocenjene natančnosti vektorjev * Univerza v Ljubljani, NTF, Oddelek za geologijo, Aškerčeva 12, Ljubljana ** Univerza v Ljubljani, FGG, Oddelek za geodezijo, Jamova 2, Ljubljana 84 hitrosti so običajno podcenjene glede na t.i. realne natančnosti za faktor 2-11 (Mao et al. 1997; Dixon et al. 2000), zato smo naše »formalne« natančnosti množili s faktorjem 10. Vektorje hitrosti smo skupaj z »realno« natančnostjo le-teh iz ITRF2000 koordinatnega sestava transformirali na Evrazijsko tektonsko ploščo (Altamimi et al., 2002). S tem smo pridobili vektorje hitrosti točk naše geodinamične mreže, z »realno« natančnostjo le-teh glede na stabilno Evrazijo. Izračunane hitrosti točk glede na evrazijsko ploščo znašajo okoli 1 mm/leto in jih prikazujemo na Sliki 1. Slika 1 - Ocenjeni vektorji hitrosti glede na stabilno Evrazijo za obdobje 1996-2002. Elipse pogreškov predstavljajo »realno« natančnost vektorjev hitrosti v okviru 1σ. Glede na razlike med vektorji hitrosti posameznih točk je možno izločiti tri cone povečanih deformacij, ki se ujemajo s potekom Labotskega, Šoštanjskega in Savskega preloma. Točke vzdolž Savskega preloma kažejo na desni zmik okoli 1.5 mm/leto. Točki KMNK in MRZL južno od preloma se ne premikata enotno, ampak divergirata, kar je morda posledica aktivnega ugrezanja Ljubljanske kotline in deformacij v Posavskih gubah. Vektorji hitrosti premikanja točk LUCE, PONI in JERI v območju med Savskim prelomom in sistemom Smrekovški-Šoštanjski prelom se praktično ne razlikujejo, nakazujejo pa transtenzijo glede na točki KMNK in MRZL južno od Savskega preloma. Na prisotnost plio-kvartarnih transtenzijskih grabnov v tem območju kaže analiza geoloških kart in podatkov o zdrsih ob prelomnih ploskvah (Fodor et al., 1998). Premiki točk JERI, PONI in LUBE, ki ležijo vzdolž Šoštanjskega preloma, kažejo na 1.5 – 2 mm/leto konvergence pravokotno na prelom. Ta rezultat je nenavaden, saj strukturne značilnosti Šoštanjskega preloma in analiza zdrsov ob prelomni ploskvah kažejo na zgolj desne in desno-transtenzijske zmike ob prelomu (Vrabec et al., 1999). 85 Preko Periadriatskega preloma (točki LUCE in URGO) nismo izmerili pomembnejših premikov, zanimivo pa je, da se točka URGO, ki leži severno od preloma, pomika ~1 mm/leto proti severu, kar bi bilo lahko povezano z aktivnim transpresivnim narivanjem Severnih Karavank (cf. Placer, 1996). Premiki točk URGO, LUBE in VEKO, ki ležijo vzdolž Labotskega preloma, kažejo na 0.5 – 1 mm/leto desnega zmika, kar se ujema s predvideno kinematiko preloma. Gradient hitrosti med točkama KMNK in MRZL južno od Savskega preloma, ter točko GRAZ v enoti Vzhodnih Alp, ki jo je v svoji analizi uporabil tudi Grenerczy (2002), je v grobem skladen s hitrostjo ekstruzije Vzhodnih Alp ~1.5 mm/leto. Naši rezultati tako zaenkrat potrjujejo, da je ekstruzija na jugu omejena s Periadriatskim prelomnim sistemom. Deformacija na območju slovenskega dela PPS pa ni omejena na osrednjo prelomno cono, ampak je porazdeljena v nekaj 10 km širokem pasu. Posamezni prelomi znotraj PPS kažejo komaj zaznavne premike velikostnega reda 1 mm/leto, ki pa niso zgolj enostavni horizontalni zmiki, poleg tega pa se nekoliko deformirajo tudi območja med prelomi. Nadaljevanje meritev v prihodnosti bo izboljšalo natančnost določitev hitrosti premikanja točk mreže. Poleg tega je bila v organizaciji Premogovnika Velenje v letu 2003 obstoječa mreža zaradi možne vloge Šoštanjskega preloma pri potresni aktivnosti v Šaleški kotlini zgoščena z 10 novimi točkami. Nove točke dodatno pokrivajo Šoštanjski, Smrekovški in Labotski prelom, tako da bo v prihodnosti mogoče bolje razumeti doslej manj jasne deformacije znotraj tega ožjega območja. Zahvala Raziskavo so omogočili sodelavci Premogovnika Velenje, d.d., za kar jim najlepše zahvaljujemo. Posebej pa se zahvaljujemo M. Koželju in D. Potočniku za pomoč pri organizaciji in izvedbi terenskih izmer ter J. Webru za nasvete pri tektonski interpretaciji, ki temelji na podatkih GPS-opazovanj. Literatura Altamimi Z., Sillard P., Boucher C., ITRF2000: A new release of the International Terrestrial Reference Frame for earth science applications, Journal of geophysical research, Vol. 107, No. B10, 2214-2232. Dixon. T.H., Miller M.M., Farina F., Wang H. & Johnson D. 2000: Present day motion of the Sierra Nevada block and some tectonic implications for the Basin and Range province: North American Cordillera. Tectonics 19, 1-24. Fodor L., Jelen B., Márton E., Skaberne D., Čar J., Vrabec M., 1998: Miocene-Pliocene tectonic evolution of the Slovenian Periadriatic Line and surrounding area – implication for Alpine- Carpathian extrusion models. Tectonics 17, 690-709. Grenerczy G., 2002: Tectonic processes in the Eurasian-African plate boundary zone revealed by space geodesy. In: S. Stein, J.T. Freimueller (eds.): Plate boundary zones. Special Publication of the American Geophysical Union. Mao A., Harrison G.A. & Dixon T.H. 1997: Noise in GPS coordinate time series. Journal of Geophysical Research 104, B2, 2797-2816. Placer L., 1996: Pecin nariv ob Periadriatskem lineamentu. Geologija 39, 289-302. Vrabec M., Čar J., Veber I., 1999: Kinematics of Šoštanj fault in the Velenje basin area – Insights from subsurface data and paleostress analysis. RMZ 46, 623-634. Urs Hugentobler, Stefan Schaer, Pierre Fridez: Bernese GPS Software. Version 4.2. Astronomical Institute of the University of Berne, Berne, 2001. 87 ŠTUDIJA PREMIKOV JADRANSKE MIKROPLOŠČE IN AKTIVNIH TEKTONSKIH DEFORMACIJ V SLOVENIJI IN ISTRI NA OSNOVI GPS-OPAZOVANJ John Weber * , Marko Vrabec ** , Bojan Stopar *** , Polona Pavlovčič Prešeren *** , Tim Dixon **** Razširjeni povzetek Slovenija se nahaja v območju aktivnih kontinentalnih tektonskih deformacij zaradi kolizije Jadranske mikroplošče z Evrazijsko ploščo. Zaradi zapletene zgradbe ozemlja začenjamo mehanizme in kinematiko deformacij razumevati šele v zadnjem času. Interpretacija mehanizmov regionalne tektonike in določitev hitrosti aktivnih deformacij ima pomembne implikacije tudi za določanje potresnega tveganja v državi. V okviru projekta PIVO 2003 (Periadriatic fault – Istria Velocity Observations), ki je bil deloma realiziran v okviru bilateralnega sodelovanja med Univerzo v Ljubljani in Grand Valley State University, ZDA, smo želeli določiti deformacije vzdolž potencialno aktivnih tektonskih struktur v Sloveniji. S kakovostnimi satelitskimi GPS (Global Positioning System) opazovanji smo pridobili vektorje hitrosti sprememb položajev 36 geodinamičnih točk v Sloveniji in na Hrvaškem. Z analizo točk v Istri, ki predstavlja edini izdanek severnega dela Jadranske mikroplošče, smo pridobili prve neposredno izmerjene hitrosti premikov na tem delu mikroplošče. S našo raziskavo smo želeli opredelili gibanje Jadranske mikroplošče in testirati različne, medsebojno bolj ali manj izključujoče hipoteze o njeni kinematiki (Anderson & Jackson, 1987; Ward, 1994; Altiner, 2001; Grenerczy et al., 2000; Calais et al., 2002; Oldow et al., 2002). V študiji smo uporabili 27 točk, razporejenih po ozemlju celotne Slovenije, ter 9 točk na ozemlju severne Hrvaške in hrvaške Istre. GPS-opazovanja geodinamičnih točk na ozemlju Republike Hrvaške so bila opravljena v sodelovanju z Državno geodetsko upravo Republike Hrvaške ter s podjetjem Geoservis d.o.o. iz Pule. Izbiro točk smo omejili na tiste, na katerih so bila v preteklosti vsaj v okviru ene GPS-izmere že opravljena GPS opazovanja, upoštevali pa smo tudi kakovost stabilizacije oziroma geološko stabilnost točk. V septembru in oktobru 2003 smo tako izvedli ponovno GPS-izmero 24 točk. Izmero smo opravili s statično metodo GPS-izmere v trajanju 72 ur na posamezni točki, z izjemo dveh točk na Hrvaškem, kjer smo opravili GPS-opazovanja v trajanju 48 ur. Pri izmeri smo uporabili geodetsko mersko GPS-opremo proizvajalca “Trimble navigation”. Preostale točke so bile v zadnjih treh letih (2001-2003) vsaj enkrat ponovno izmerjene že v okviru drugih kampanj, zato tam meritev nismo ponavljali. Vseh 36 točk, uporabljenih v naši študiji, je bilo tako vključenih v najmanj dve izmeri. Maksimalni časovni razpon med izmerami je večinoma znašal 8-9 let, najmanj (za eno točko) pa 5 let. V analizi smo uporabili tudi podatke 17 permanentnih GPS postaj, lociranih v Padski nižini in v sosednjih državah. * Grand Valley State University, Department of Geology, Allendale MI 49401, ZDA ** Univerza v Ljubljani, NTF, Oddelek za geologijo, Aškerčeva 12, Ljubljana *** Univerza v Ljubljani, FGG, Oddelek za geodezijo, Jamova 2, Ljubljana **** University of Miami, RSMAS-MGG, Geodesy Lab, Miami FL 33149, ZDA 88 Opazovanja GPS smo obdelali na Rosenstiel School of Marine Geology and Geophysics na Univerzi v Miamiju, ZDA, s programom GIPSY-OASIS II (verzija 2.5) z uporabo natančnih efemerid JPL (Jet Propulsion Laboratory) satelitov GPS. Natančni položaji točk v vsaki izmeri so bili določeni z metodo t.i. »natančnega točkovnega GPS pozicioniranja« (angl.: GPS precise point positioning). Iz večkratno določenih položajev točk so bile izračunane hitrosti sprememb položajev v referenčnem sestavu ITRF2000. Vsa GPS-opazovanja smo neodvisno obdelali tudi na Katedri za matematično in fizikalno geodezijo ter navigacijo na Univerzi v Ljubljani - Fakulteti za Gradbeništvo in geodezijo s programskim paketom Bernese GPS software (verzija 4.2). Uporabili smo natančne efemeride IGS (International GPS Service) satelitov GPS. Obdelava v programskem paketu Bernese GPS software je potekala v referenčnem sestavu ITRF2000 na osnovi dvojnih faznih razlik, ločeno za krajše in daljše vektorje med geodinamičnimi točkami in z uporabo ionosfersko neodvisne linearne kombinacije opazovanj L3. Rezultati obdelave GPS-opazovanj so v obeh primerih koordinate točk ter vektorji hitrosti sprememb položajev točk v referenčnem sestavu ITRF2000. Ocenjena natančnost določitve hitrosti sprememb položajev točk znaša v obeh primerih ±(1-2) mm/leto. Vektorje hitrosti smo nato iz ITRF2000 transformirali v hitrosti glede na »stabilno« Evrazijsko ploščo. Hitrosti premikov točk v Sloveniji in severni Hrvaški glede na Evrazijsko ploščo, izračunane za obdobje med prvo in ponovljenimi izmerami, so majhne, vendar statistično značilne na nivoju 1σ in znašajo do nekaj mm/leto. Regionalno polje hitrosti kaže dokaj zvezno in konsistentno spreminjanje hitrosti sprememb položajev točk. Največje hitrosti glede na stabilno Evrazijo imajo točke v Istri in južni Sloveniji, ki se glede na Evrazijo gibljejo proti severovzhodu. Hitrosti točk v severni in osrednji Sloveniji so manjše, točke pa se gibljejo bolj proti severu. Izračunane hitrosti točk v severovzhodni Sloveniji so najmanjše in so večinoma znotraj območja 1σ določitve vektorja hitrosti. Podatke sedmih točk v Istri in dveh permanentnih GPS-postaj v Padski nižini smo uporabili za določitev Eulerjevega pola rotacije Jadranske mikroplošče glede na Evrazijsko ploščo. V postopku določitve smo uporabili različne kombinacije teh točk in v vseh primerih dobili precej podobne položaje (v okviru nekaj kotnih stopinj v geografski širini in dolžini) Eulerjevega pola. Analiza ocenjenih popravkov vektorjev hitrosti kaže, da v okviru natančnosti 1 mm/leto vseh 9 točk leži na togi mikroplošči brez internih deformacij. Ocenjena lokacija Eulerjevega pola iz naše analize znaša 46.7°N, 9.7°W, hitrost rotacije Jadranske mikroplošče glede na Evrazijsko ploščo pa znaša 0.4° na milijon let v protiurni smeri. Naš rezultat se dobro ujema z lokacijo Eulerjevega pola Jadranske mikroplošče, ki je bila določena z analizo žariščnih mehanizmov potresov vzdolž celotne mikroplošče v Dinaridih, Apeninih in severnih Helenidih (Anderson & Jackson, 1987). To postavlja v dvom nedavne domneve (npr. Oldow et al., 2002), da je Jadranska mikroplošča razcepljena v severozahodni in jugovzhodni blok, ki se medsebojno neodvisno premikata. Ozemlje Slovenije leži relativno blizu Eulerjevega pola, kar pojasnjuje, zakaj so hitrosti premikov glede na Evrazijsko ploščo majhne. Naša analiza v zahodni Sloveniji ni pokazala statistično pomembnih gradientov hitrosti, ki bi kazali na desnozmične premike ob dinarsko (severozahodno-jugovzhodno) usmerjenih prelomih, kot je denimo Idrijski. Najopaznejšo razliko v hitrosti in smeri premikanja kažejo točke preko Savskega preloma v severozahodni Sloveniji. Tam hitrostni gradient kaže na nekaj mm/leto desno- transpresivne deformacije. Proti vzhodu oster gradient ni več opazen, kar kaže, da se deformacija porazdeli znotraj strižne leče med Savskim in Periadriatskim prelomom, deloma pa se verjetno absorbira tudi v Posavskih gubah. Ostra sprememba gradient hitrosti obstaja tudi preko Labotskega in Šoštanjskega preloma v vzhodni Sloveniji. Ti rezultati kažejo, da so premiki vzdolž sistema Periadriatskega preloma še vedno aktivni in da absorbirajo pomemben del konvergence med Jadransko mikroploščo in Evrazijo, kar 89 potrjuje prejšnje ugotovitve iz študije premikov točk v regionalni srednjeevropski GPS- mreži (Grenerczy et al., 2000). Zahvala Delo je nastalo v okviru raziskovalnega projekta »Zasnova vzpostavitve novega državnega koordinatnega sistema Slovenije«, ki sta ga v obdobju 2001-2004 sofincirala MŠZŠ RS in Geodetski inštitut Slovenije ter bilateralnega slovensko-ameriškega projekta »Določanje aktivnih tektonskih premikov in potresnega tveganja na ozemlju Slovenije s pomočjo GPS meritev« ter raziskovalnega programa »Geodezija«. Direktor geodetske uprave Republike Slovenije g. Aleš Seliškar nam je omogočil uporabo v preteklosti opravljenih GPS-opazovanj na območju Republike Slovenije, direktor Državne geodetske uprave Republike Hrvaške dr. Željko Bačić nam je omogočil uporabo v preteklosti opravljenih GPS-opazovanj na območju Republike Hrvaške ter skupaj s sodelavcem mag. Marijanom Marjanovićem omogočil izvedbo GPS-opazovanj na območju Hrvaške v okviru projekta »PIVO2003«. G. Hrvoje Čuljak s podjetja Geoservis d.o.o. iz Pule na Hrvaškem je opravil GPS-opazovanja na štirih geodinamičnih točkah na Hrvaškem. Vsem omenjenim se najlepše zahvaljujemo. Literatura Altiner, Y., 2001, The contribution of GPS to the detection of the Earth’s crust deformations illustrated by GPS campaigns in the Adria region, Geophys. J. Int., 145, 550-559. Anderson, H., and Jackson, J., 1987, Active tectonics of the Adriatic region. Geophys. J. R. astr. Soc., 91, 937-983. Calais, E., Nocquet, J.M., Jouanne, F., Tardy, M., 2002, Current strain regime in the Western Alps from continuous Global Positioning System measurements, 1996-2001, Geology, 30, 7, 651- 654. Grenerczy, G., A. Kenyeres, and I. Fejes, 2000. Present crustal movement and strain distribution in Central Europe inferred from GPS measurements, J. Geophys. Res., 105(B9), 21835-21846. Oldow, J., Ferranti, L., Lewis, D., Campbell, J., D’Argenio, B., Catalano, R., Pappone, G., Carmignani, L., Conyi, P., and Aiken, C., 2002, Active fragmentation of Adria, the north African promontory, central Mediterranean orogen, Geology, 30, 779-782. Ward, S., 1994, Constraints on the seismotectonics of the central Mediterranean from Very Long Baseline Interferometry. Geophys. J. Int., 11, 441-452. Slovensko združenje za geodezijo in geofiziko http://www.fgg.uni-lj.si/sugg/ LETNA POROČILA 2004 93 Seizmologija in fizika notranjosti Zemlje (IASPEI) Poročilo o delu v letu 2004 Andrej Gosar * Seizmologija V letu 2004 so na Uradu za seizmologijo in geologijo Agencije R Slovenije za okolje vključili v državno mrežo pet novih potresnih opazovalnic (Bojanci, Gorjuše, Kog, Vojsko in Zavodnje). Še pet opazovalnic je bilo zgrajenih, vendar zaradi zamud pri izvedbi komunikacij še niso začele obratovati. Na treh opazovalnicah so vgradili tudi nosilce za postavitev GPS anten, kar omogoča zvezne meritve premikov. Iz sredstev predpristopnih strukturnih skladov PHARE so kupili dva prenosna seizmografa EarthData in širokopasovni senzor STS-2, ki omogoča zahtevnejše seizmološke analize. Razvili so tudi postopke za kalibracijo senzorjev. Najmočnejši potres (M=5,0) v Sloveniji je 12. julija 2004 ob 13:04 UTC prizadel Zgornje Posočje. Po njem so v sodelovanju z DST iz Trsta, CRS-INOGS iz Vidma in INGV iz Rima v nadžariščem območju postavili 17 prenosnih opazovalnic za opazovanje popotresnih sunkov. Več kot sto popotresov je imelo magnitudo 2,0 ali večjo. Do 20. decembra 2004 so prebivalci Slovenije čutili več kot 49 potresov. V sodelovanju z IKPIR so potekali projekti: Uvajanje standarda Eurocode 8 v Sloveniji - potresna obtežba, Projektni potresni parametri za HE Blanca in HE Krško in Projektni potresni parametri za viadukt Ravbarkomanda, v sodelovanju z Geološkim zavodom Slovenije pa poteka večletni projekt Karta aktivnih prelomov Slovenije. Na Uradu poteka tudi preučevanje zgodovinskih virov o potresih v obdobju od 16. do 18. stoletja. Uporabna geofizika Na oddelku za inženirsko geofiziko Geoinženiringa so izvajali raziskave z metodami refrakcijske seizmike, seizmične tomografije, analize površinskih seizmičnih valov (SASW in MASW), geoelektričnega sondiranja, električne tomografije in georadarja za potrebe geotehničnih in hidrogeoloških študij. Obsežnejše raziskave so potekale na plazu Slano Blato, v Bovški kotlini in v avtocestnem predoru Šentvid ter v okviru geotermalnih raziskav pri Metliki in v Postojnski kotlini. Kupili so 24 kanalni seizmograf ABEM Terraloc. * Agencija RS za okolje, Urad za seizmologijo in geologijo, Dunajska 47, Ljubljana 94 Na Geološkem zavodu Slovenije so izdelali strokovne osnove za pridobitev koncesije za izrabo termalne vode za zdravilišče Laško, terme Olimia in Ptuj ter študije za raziskovalni geotermalni vrtini v Janežovcih pri Ptuju, pri Metliki in v Krajinskem parku Lahinja. V sodelovanju z GI ZRMK poteka raziskovalna naloga Nizko-temperaturni geotermalni potencial Ljubljanske kotline. Kupili so opremo za karotažne meritve v hidrogeoloških vrtinah firme Robertson Geologging. Mednarodni projekti in sodelovanje Peti okvirni program (EU): Mediterranean-European Rapid Earthquake Data Information and Archiving Network - MEREDIAN (2000-2005) (ARSO, Urad za seizmologijo in geologijo). Multilateralni: 3D-refraction seismic experiment to explore the lithosphere of the south- eastern Alps - ALP2002 (2002-2005), (ARSO, Urad za seizmologijo in geologijo). NATO znanstveni program: Air-ground temperature coupling in three different climates. Cooperative science and technology sub-programme (2003-2005), (GeoZS). NATO Science for Peace: Assessment of seismic site amplification and seismic building vulnerability in Macedonia, Croatia and Slovenia (2005-2007), (ARSO, Urad za seizmologijo in geologijo). Interreg IIIB Alpine space (EU): Seismic hazard and Alpine valley response analysis - SISMOVALP (2003-2006), (ARSO, Urad za seizmologijo in geologijo). Interreg IIIB Alpine space (EU): Alpine integrated GPS network: real-time monitoring and master model for continental deformation and earthquake hazard - ALPS- GPSQUAKENET (2004-2007), (ARSO, Urad za seizmologijo in geologijo). COST 625 (EU): 3-D monitoring of active tectonic structures (2002-2006), (ZRC SAZU-IZRK, NTF in ARSO, Urad za seizmologijo in geologijo). NERC (Velika Britanija): LiDAR mapping of seismogenic faults in NW Slovenia (2004- 2005), (ARSO, Urad za seizmologijo in geologijo). Na skupščini Evropske seizmološke komisije (ESC) je bila Ina Cecić ponovno izvoljena za predsednico podkomisije FITESC, ki organizira skupno evropsko terensko ekipo, ki bo v primeru močnega potresa v Evropi ali Sredozemlju zbirala na terenu makroseizmične podatke. Polona Zupančič pa je bila izbrana za tajnico Podkomisije za inženirsko seizmologijo. 95 Pomembnejše objave Herak M., Živčić M., Herak D. 2003: Azimuthal anisotropy of the P-wave velocity in the hypocentral volume of the Krn Mt. (Slovenia) earthquake sequence. J. Appl. Geophys. 54/3-4, 257-264. Gosar, A. 2004: Geophysical and structural characteristics of the pre-Tertiary basement of the Mura Depression (SW Pannonian basin, NE Slovenia). Geologica Carpathica (v tisku). Stritih, U., Rajver, D., Turgut, B., Paksoy, H. 2004: Shranjevanje toplote z geosondami in testi za ugotavljanje toplotnih lastnosti zemlje - primer uporabe v Turčiji ter stanje v Sloveniji Stroj. vestn., 50/6, 328-340. Predstavitve na znanstvenih in strokovnih srečanjih  Skupščina Evropske seizmološke komisije (ESC) Potsdam (ARSO, 11 prispevkov)  Svetovni geološki kongres, Firence (ARSO, 1 prispevek)  Posvetovanje COST 625: 3D monitoring of active tectonic structures, Granada (ARSO, 1 prispevek)  Posvetovanje Geografski informacijski sistemi v Sloveniji 2003-2004, Ljubljana (ARSO, 2 prispevka)  Konferenca PANGEO, Graz (ARSO, 1 prispevek) Izobraževanje, seminarji, delavnice  7 th workshop on three-dimensional modelling of seismic waves generation and their propagation, Trst (Kobal, Kolar, Pahor, ARSO)  NATO znanstveni program - Geofizikalni inštitut v Pragi (Rajver, GeoZS)  Doktorat; Popit A.: Vpliv seizmične aktivnosti na geokemične in geofizikalne lastnosti termalnih vod v Sloveniji (NTF)  Magisterij; Cecić I.: Metodologija zbiranja in obdelave makroseizmičnih podatkov (Univerza v Zagrebu)  Diploma; Premrl, S.: Georadarske raziskave arheološkega najdišča Nauportus (Vrhnika) (NTF) 97 Meteorologija (IAMAS) Poročilo o delu v letu 2004 Tomaž Vrhovec * Meteorološko razvojno in razskovalno delo smo v Sloveniji v letu 2003 opravljali na Katedri za meteorologijo Fakultete za matematiko in fiziko, na Oddelku za agronomijo Biotehnične fakultete, oboje na Univerzi v Ljubljani, na Uradu za meteorologijo in Uradu za monitoring Agencije za okolje (ARSO) Ministrstva za okolje, prostor in energijo ter na novo na Politehniki Nova Gorica. V okviru praznovanja 50 letnice Slovenskega meteorološkega društva smo oktobra 2004 pripravili mednarodno posvetovanje o močnih padavinah in nenadnih poplavah. Na Politehniki Nova Gorica je bil v letošnjem letu ustanovljen Center za raziskave atmosfere. Primarna dejavnost centra je razvoj lidarja in njegova uporaba pri daljniskem zaznavanju aerosolov v ozračju. Lidar, ki je bil v letošnjem letu nameščen na Otlici nad Ajdovščino, bo začel poskusno delovati naslednjo pomlad. Center za raziskave atmosfere je bil v sodelovanju z Biotehniško fakulteto na Univerzi v Ljubljani vključen tudi v študije regionalnih podnebnih sprememb in njihovega vpliva. Na Uradu za meteorologijo Agencije Republike Slovenije za okolje so bili ob zaključku mednarodnega projekta srednjeevropskih meteoroloških služb CEI-Nowcasting operativno aplicirani algoritmi za določitev vektorjev premikov in napovedanih padavinskih polj iz radarskih podatkov. Sodelovali smo pri pripravi in izvedbi izobraževanja o nowcasting produktih za prognostike teh sluzb (februar 2004, Zagreb), ki ga je financiral EUMETSAT. Jeseni 2004 so na UM ARSO so začeli sodelovati pri novem dveletnem mednarodnem projektu (CONEX II), ki ima podobno sestavo sodelujočih, njegov cilj pa je poleg operativne uporabe modulov za nowcasting iz prvega projekta na podatkih nove generacije evropskih meteoroloških satelitov (MSG) predvsem operativna analiza padavinskih polj. * Univerza v Ljubljani, Fakulteta za matematiko in fiziko, Katedra za meteorologijo 98 Nacionalne analize bomo v okviru projekta poskusno izmenjevali, pri slovenski pa bomo uporabili metodo VPC (Vertical Profile Correction) na osnovi tridimenzionalnih meritev meteorološkega radarja na Lisci. Zaključila se je akcija COST-717. Izdelan je bil asimilacijski sistem za zajem radarskih meritev, opravljena so bila tudi prva testiranja. Prvi rezultati kažejo, da ima asimilacija radarskih meritev blag pozitivni efekt na prognozo padavin za prognostični čas med +6 in +12 ur. V okviru akcije COST 719 Uporaba GIS v meterooogiji in kimatologiji so sodelavci UM ARSO in Katedre za meteorologio FMF sodelovali v delu dveh delovnih skupin. V zadnjem letu je druga delovna skupina nadaljevala s testiranjem različnih metod prostorske interpolacije za različne meteorološke in klimatološke spremenljivke. Večji poudarek je namenila vključitvi meritev daljinskega zaznavanja v interpolacijske sheme. Tretja delovna skupina za GIS aplikacije je v zadnjem letu jnadaljevala z razvojem GIS aplikacije za padavine, ki bo omogočala vključitev širokega spektra različnih podatkov (prizemne meritve, radarske meritve, satelitske meritve, izhodi numeričnih modelov..) za analizo padavin. Nadaljevali so tudi s testiranjem aplikacije za napovedovanje poledice, ki so jo razvili sodelavci na Univerzi v Birminghamu. Na Biotehnični fakulteti Univerze v Ljubljani deluje prof.dr. Lučka Kajfež Bogataj kot članica biroja Medvladnega panela za vprašanja klimatskih sprememb (IPCC) in je podpredsednica njegove druge delovne skupine (WG II- Impacts and adaptation), hkrati je tudi vodja druge delovne skupine (WG 2- aggrometeorološko modeliranje) v COST 718 projektu Meteorological Applications for Agriculture Na BF in Na ARSO se nadaljuje se akcija COST-718. V letu 2004 smo skupaj z ARSO v Ljubljani 9-10 september 2004 organizirali delavnico z naslovom. Online agrometeorological applications with decision support on the farm level, Ljubljana, 9-10 september 2004. Na se končuje ciljni raziskovalni rojekt V4-0856 Scenariji podnebnih sprememb v Sloveniji kot temelj za oceno ogroženosti z vremensko pogojenimi naravnimi nesrecami v prihodnosti, teče pa še CRP V4-0767-02 Vpliv klimatskih sprememb na rastlinsko pridelavo v Sloveniji - primer Vipavske doline. Na Katedri za meterologijo Fakultete za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani smo nadaljevali s projektom Voltaire, ki se ukvarja z večsenzorskim zaznavanjem količine padavin v sredozemskem prostoru. V okviru modeliranja padavin smo pomagali tudi ciprski meteorološki službi pri vpeljavi sodobnih modelskih aplikacij v njihovo operativo. 99 Priredili smo drugo mednarodno delavnico projekta Voltaire (Ljubljana, oktober 2004). Sodelovali smo pri zaključevanju programa MAP in pri načrtovanju projekta D-Phase, ki naj bi preučil uporabnost nehidrostatičnim mezometeoroloških modelov za napovedavanje padavin. V okviru sodelovanja med ARSO in FMF smo skupaj z Inštitutom za prostorske in antropološke študije ZRC SAZU pričeli z izdelavo klimatologije vetra in sončne energije v Sloveniji. V sodelovanju z FKKT UL in Uradom za monitoring ARSO smo pričeli z deli v okviru raziskovalnega projekta in CRP, povezanega z onesnaženjem z ozonom, z njegovim transportom in pretvorbami. V sodelovanju s Politehniko Nova Gorica smo začeli z razsikavami onesnaženja z aerosolom. Naš sodelavec dr. Saša Gaberšek je pridobil štipedijo sklada Marie Curie za podoktorsko izpopolnjevanje na Sardiniji. 101 Geodezija (IAG) Poročilo o delu v letu 2004 Miran Kuhar * Dela v Sloveniji V letu 2004 se je zaključil znanstveno-raziskovalni projekt "ZASNOVA VZPOSTAVITVE NOVEGA DRŽAVNEGA KOORDINATNEGA SISTEMA SLOVENIJE", ki je potekal na Oddelku za geodezijo FGG v sodelovanju z Geodetskim inštitutom Slovenije. Rezultat projekta je predlog novega državnega koordinatnega sistema Slovenije Ta je že vključen v strategijo Osnovnega geodetskega sistema, ki ga je pripravila Geodetska uprava R. Slovenije. Na Geodetskem inštitutu Slovenije poteka projekt "Izgradnje omrežja permanentnih GPS- postaj in vzpostavitev GPS-službe". Projekt je dejansko razdeljen na dve nalogi: vzpostavitev "Službe za GPS" ter postavitev omrežja permanentnih GPS-postaj. Obe nalogi potekata hkrati. Omrežje GPS-postaj, ki bi naj ga izgradili bo t.i. aktivno omrežje permanentnih GPS-postaj, kar pomeni, da naj bi delovale v realnem času. To pomeni ne samo omogočanje določanje položaja v realnem času, temveč tudi zagotavljanje drugih podatkov na šele prihajajočih področjih uporabe GPS-tehnologije. Trenutno delujejo štiri permanentne GPS-postaje. Mednarodno sodelovanje S podporo Ministrstva za šolstvo, znanost in šport in American Chemical Society – Petroleum Fund poteka na Oddelku za geodezijo slovensko-ameriški projekt "Ugotavljanje aktivnih tektonskih deformacij in potresnega tveganja na ozemlju Slovenije z uporabo GPS-meritev". V okviru projekta je izr.prof. Bojan Stopar bival kot gostujoći znanstvenik na Univerzi v Miamiju (Geodesy Lab) in Grand Valley State University, Oddelek za Geologijo in Geo-znanosti. Prvi rezultati projekta so že predstavljeni (razširjeni povzetki so vključeni v letošnji zbornik strokovnega srečanja). * Univerza v Ljubljani, FGG, Oddelek za geodezijo, Jamova 2, Ljubljana 102 Objave in udeležba na znanstvenih in strokovnih srečanjih Pomembnejše objave:  Kogoj, D.: NEW METHODS OF PRECISION STABILISATION OF GEODETIC POINTS FOR DISPLACEMENT OBSERVATION, AVN, 3/2004.  B. Stopar, T. Ambrožič, M. Kuhar, G. Turk: GPS-DERIVED GEOID USING ARTIFICIAL NEURAL NETWORK AND LEAST SQUARES COLLOCATION. Survey Review, (v tisku). V letu 2004 smo se aktivno udeležili naslednjih znanstvenih in strokovnih srečanj:  I. skupščina Evropskega združenja geoznanosti EGU, Nica (dva prispevka).  NATO delavnica: "The Adria Microplate: GPS Geodesy, Active Tectonics and Hazards", Veszprem, Madžarska (en prispevek).  XIV. medanrodno posvetovanje o Inženirski geodeziji, Zürich (en prispevek).  Mednarodno posvetovanja o Sodobnih merskih tehnologijah, Sofija (dva prispevka). Vsi prispevki so tudi objavljeni v zbornikih posvetovanj. 103 Fizikalna oceanografija (IAPSO) Poročilo o delu v letu 2004 Vlado Malačič * V letu 2004 so bile v okviru sekcije za Fizikalno oceanografijo opravljene dejavnosti, ki sodijo v raziskovalni program: 1. Raziskovalni program skupine Morska biološka postaja (MBP) Nacionalnega inštituta za biologijo (NIB) 'Raziskave obalnega morja', ki se je pričel izvajati 1.1. 2004, trajanje: do 31. 12. 2008 kot tudi v naslednje projekte: 2. Aplikativni raziskovalni projekt , ki ga financira Ministrstvo za visoko šolstvo, znanost in tehnologijo. 'Modeliranje plimovanja in cirkulacije v Tržaškem zalivu.' Trajanje: 2003-2005 vrednost: 45300 EUR; cilji: razumevanje plimovanja in kroženja vodnih mas; rezultati: modeli plimovanja in cirkulacije. V okviru tega projekta smo 7. oktobra 2004 izvedli 24-urne meritve tokov na zveztnici Piran- Gradež. 3. ADRICOSM (Adriatic Sea Integrated Coastal Areas and River Basin Management System Pilot Project). Trajanje: 2001-2004; vrednost: 289215 EUR; cilji: vzpostavitev opazovalnega sistema na območju Sredozemlja, predvidevanje variabilnosti obalnih tokov v skoraj realnem času in modeliranje; rezultati: vzpostavitev sistema opazovanja v letu 2003. EU 5. okvirni program 4. MAMA (Mediterranean network to assess and upgrade Monitoring and forecasting Activity in the region). Trajanje: 2002 – 2004; vrednost: 48600 EUR; partnerji: 28 partner. iz vseh sredoz. držav in oblasti; cilji: postavitev sredozemskega opazovalnega sistema; rezultati: strategija operat. Oceanografije, popis obstoječih kapacitet. * NIB, Morska biološka postaja Piran 104 5. MFSTEP (Mediterranean Forecastings System Towards Environmental Prediction). Trajanje: 2003 – 2005; vrednost: 59999 EUR; cilji: razširitev opazoval. sistema v realnem času, izboljšanje prognoze cirkulacije; partnerji: 50 partnerjev; rezultati: prognoza obalnih voda (s plimovanjem), ekološki model sklopljen s prognostičnim. Poleg tega je v letu 2004 delovala Obalna oceanografska postaja Piran, katere vzdrževanje sofinancira Agencija za okolje R Slovenije, podatki ažurirani vsake pol ure pa se nahajajo na spletnih straneh Agencije in MBP-NIB. 105 Vulkanologija in kemizem Zemljine notranjosti (IAVCEI) Poročilo o delu v letu 2004 Polona Kralj * Tudi v letošnjem letu smo nadaljevali delo v okviru znanstveno-raziskovalne naloge »Vulkanske in vulkanoklastične kamnine Slovenije«, katero v sklopu programa »Sedimentologija in petrologija« financira Ministrstvo za šolstvo, znanost in šport Republike Slovenije. Delovali smo na področju Grada na Goričkem, kjer smo podrobneje raziskovali kemizem magme, ter paleoklimatske razmere v času vulkanskega delovanja. Magma je imela trahibazaltno sestavo in ne basanitno, kot smo to mislili do sedaj. Vulkansko steklo pa ima celo bolj kislo in alkalno - latitno sestavo. Magma izvira iz Zemljinega plašča, na površje pa je prodirala preko vmesnih rezervoarjev, kjer je prišlo do rekristalizacije fenokristalov olivina in asimilacije okolnih kamnin. Hiter dvig magme iz rezervoarjev je pospešila tektonska aktivnost, predvsem vzdolž Radgonskega preloma. Radiometrične starosti so določili na Inštitutu za jedrsko fiziko ATOMKI v Debrecenu na Madžarskem. Kažejo na 3 milijone let, torej zgornji pliocen – romanij. To obdobje alkalne bazaltne vulkanske aktivnosti je bilo najmlajše tako v Štajerskem bazenu, kot tudi na področju Male madžarske ravnine in Balatonsko – Bakonjskega gričevja. V okviru mednarodnih povezav smo obiskali Inštitut za vulkanologijo na Kamčatki v Ruski Federaciji. Na terenu smo si ogledali vulkan Goreli in Mutnovski, kjer se nahaja tudi geotermalna elektrarna Mutnovski II. Vulkan Mutnovski je eden najbolj aktivnih vulkanov na svetu, vulkansko delovanje pa spremljajo tudi številni povulkanski pojavi, kot so fumarole, solfatare in gejzirji. * Geološki zavod Slovenije, Dimičeva 14, Ljubljana