Příkladem využití území jsou výsypky povrchových dolů či důlní odvaly vytvořené hlubinou těžbou a s nimi související problematikou. Efektivní hodnocení a management rizik zohledňující dynamický vývoj krajiny a dopady extrémních scénářů jsou důležitým krokem jak v procesu územního plánování, tak i výstavby a rozvoje sídel či infrastruktury. Informační či expertní systém tak musí v rámci v jedné databáze komplexně integrovat všechna data týkající se stability území a zpracovávat tato data společně pomocí algoritmů speciálně vyvinutými pro odhad rizik spojených s budoucím využitím území.

Lokalita 1

Uvažované problémy se svahovými pohyby se objevují například u břehů jezera Milada (Obrázky 1 a 2).

Obrázek 1: Sklon svahů u jezera Milada.

Obrázek 2: Satelitní mapa jezera Milada.

Lokalita 2

Hlavní ověřovací lokalitou vyvíjeného systému je okolí jezera Most (Obrázky 3 a 4), které vzniklo rekultivací hnědouhelného lomu a jeho vnitřní a vnějších výsypek. Jde o oblast původního umístění města Most před jeho přesunutím a zahájením těžby hnědého uhlí. Část břehů jezera je tvořena rostlým terénem, většinu břehů však tvoří výsypky různé mocnosti a stáří. Město Most má ambici výhledově znovu využít část oblasti v okolí jezera k zástavbě a částečnému návratu města do blízkosti jeho původního centra. 

Obrázek 3: Sklon svahů u jezera Most.

Obrázek 4: Poloha jezera Most.

V rámci řešených projektů i běžné praxe je třeba zpracovávat data, která jsou dostupná v různých formátech. Jedná se např. o archivní i aktuální data ve formě map, dat v tabulkových procesorech (Excel), prostém textu, různých výměnných formátech atd. Některá data jsou či mohou být pořizována a zpracována zcela automaticky, což je velmi užitečné nejen z důvodu jejich samotného pořízení a načítání do úložiště (databáze), ale i využití pro samotné výpočty a interpretaci výsledků ve formě grafů, tabulek, analýz, modelů atd.

Uvedené problémy mohou být řešeny s využitím informačního systému zahrnujícího odpovídající databázi (viz následující kapitolu), sadu analytických nástrojů určených pro řešení uvedených úkolů a uživatelské rozhraní, které umožňuje zobrazení surových dat, zobrazení výsledků analytických nástrojů, řízení analytických nástrojů a použití systému včasného varování.

Charakteristické veličiny

Základní data, která jsou potřeba nebo mohou být využita pro analýzy jsou zejména:

• mapové archivy těžby a zpětného zaplňování jam (nadmořská výška, hydrologické a geotechnické parametry půdy)
• archivy geologických a hydrogeologických map
• archivy s popisem vrtných jader
• časové řady měření výšky hladiny podzemní vody ve vrtech v oblasti
• časové řady měření zavodnění (úroveň povrchové vody)
• časové řady měření přítoku vody do jezera
• hydrometeorologická měření
• časové řady měření kvality vody
• historické, současné a plánované urbanistické využití oblasti
• ...

Metody řešení

Data mohou být získána od správce oblasti (PKÚ) nebo od jiných organizací.

Navrhovaný způsob jejich vyhodnocování je zejména Multikriteriální analýza. Pro její využití je třeba provést následující kroky:

• Návrh struktury databáze
• zjištění možných rizik:
  • stabilita svahů
  • znečištění vody
  • eutrofizace
  • nevyrovnaná vodní bilance
• identifikace kritérií s největším vlivem
• návrh vyhodnocování kritérií
• definice vah jednotlivých kritérií
• vývoj informačního systému

Informační systém

V námi vyvíjených informačních systémech využíváme pro načítání dat tzv. „datovou pumpu“. Konkrétně se jedná o nástroj Pentaho Data Integration (community.pentaho.com), který je možno zdarma používat i pro komerční účely. Nástroj umožňuje naprogramovat transformace dat – tedy načítání dat z libovolného formátu do libovolného jiného zvoleného formátu (nejrůznější soubory a databáze). Nástroj má grafické vývojové prostředí a není tak nutné psát programový kód. Nicméně je možné v jeho rámci využívat i další skripty (např. JavaScript, Groovy, případně Python a R).

Byly vyvinuty transformace pro automatizované načítání dat mimo jiné z následujících formátů:

• Česká geologická služba (Geofond)
  • soubory MS Access a
  • soubory XML „Databáze geologicky dokumentovaných objektů České republiky – výdejní aplikace“. Jedná se o výměnný formát podle mezinárodního standardu projektu eEarth.
• Inklinometrie (textové soubory – strojově generované reporty).
• Archivní průzkumné vrty ve Wordu (2413 ks), pravděpodobně exportované ze systému Geobanka firmy Data-PC Sokolov.
• gdBase – načítání některých polí.
• Srážky a teploty ve formě textového souboru na FTP serveru Povodí Ohře s. p.
• Kontingenční tabulka v MS Excel.

Veškerá data se načítají do relační databáze PostgreSQL, jejíž struktura umožňuje uložit data o vrtech (mj. geologický popis, definice vrstev pro geologický řez, technické provedení objektu) i pozorováních (libovolné veličiny vč. inklinometrie a karotáže). Kromě pozorování jsou v databázi uloženy interpretace těchto měření (např. prostorové rozložení parametrů), které jsou využívány např. pro multikriteriální analýzu. Prostorová data (body, linie, polygony) jsou uložena v databázi pomocí databázového rozšíření PostGIS. To umožňuje nejen zahrnutí mapových podkladů (např. územně analytických podkladů a zpracovaných územních plánů) do databáze, ale také přímou možnost práce s takovými daty ve standardních nástrojích GIS (např. ArcGIS, ale i AutoCAD). Mapový server navíc umožňuje zobrazovat data pomocí mapových služeb například v MicroStation.

Data v databázi je možno prohlížet pomocí jednoduché webové aplikace (obrázek č. 5), kde je možno po kliknutí na vrt v mapě vybrat veličinu a časový úsek. Průběh veličiny se zobrazí jako tabulka v levé části okna a jako časový graf v horní části okna. Pokročilou vizualizaci (profily vrtu, geologické řezy, 3D modely; kombinace map, tabulek a grafů) provádíme v cenově dostupném programu EnviroInsite (enviroinsite.com), do kterého je možno data ze systému exportovat. Data a navazující výpočty jsou zobrazovány ve formě tabulek a grafů v tiskových sestavách (reportech). Ty je možno prohlížet online či mohou být zasílány např. e-mailem v pravidelných intervalech či při předem definovaných událostech. Sestavy je možno získat v nejrůznějších formátech (pdf, Excel, Word atd.)

Obrázek 5: Webová aplikace pro prohlížení pozorování

Metody integrované do vyvíjeného informačního systému vycházejí z poznatků teorie komplexních systémů/nelineární dynamiky. Jedná se o detailně rozpracované hodnoticí postupy založené na ověřených analytických nebo empirických vztazích. Tyto postupy integrované do systému poskytují výsledky a data pro rozhodování o budoucím využití území a jeho dalšího směru rozvoje. Vzhledem k tomu, že ne vždy jsou k dispozici veškerá potřebná a přesná data ze všech potřebných veličin či parametrů s požadovanou četností a aktuálností, je nutné kromě klasických matematických či statistických metod pro hodnocení časových řad použít i nástroje, které by nám byly schopny neměřitelné, odhadované a slovní hodnocení převést do modelu a umožnily zjistit a predikovat chování systému při extrémní změně podmínek některé z jeho složek.

Obrázek 6: Schéma informačního systému.

Klíčovou součástí informačního systému je zpracování geografických dat a mapových vrstev. Kromě dat z monitoringu a dalších měření jsou vstupem do systému územně analytické podklady, platný, příp. zpracovávaný územní plán a další mapové vrstvy. Následující obrázky ukazují příklad různými druhy nástrojů vyhodnocené a vizualizované výsledky silně zjednodušených, testovacích, modelových  výpočtů stability svahů u jižního břehu jezera Most.

Obrázek 7: Vyhodnocení stability svahů u jezera Most nově navrženou metodou.

Obrázek 8: 3D vizualizace výsledků výpočtu stability svahů u jezera Most za pomoci profilu terénu.

Obrázek 9: Vyhodnocení stability svahů u jezera most předimplementovaným nástrojem SAGA GISu.

Obrázek 10: 3D Vizalizace výsledku výpočtu stability svahů u jezera Most za pomoci SAGA GISu.

Výstupy jsou potom také prezentovány formou textových zpráv, tabulek, grafů a map. Základní zpracování je založeno na kombinaci známých rizik zanesených v územně analytických podkladech a zobrazení oblastí s kumulací různých druhů rizik. Další úroveň zpracování zahrnuje multikriteriální analýzu časových řad a měření vyjadřující míru geotechnických rizik ovlivňujících zastavitelnost a využitelnost území. Tato informace je důležitým podkladem pro urbanistu k návrhům úprav územního plánu zohledňujících tato rizika. 

Informační nástroje pro podporu rozhodování obecně obsahují podpůrné nástroje pro rozhodovací či řídicí procesy a podporují uživatele v hledání a posuzování variantních řešení či rozhodnutí. Při multikriteriálním hodnocení geotechnických rizik bylo třeba užít metodu, která je schopna hodnotit souhrnnou míru rizika území z pohledu jeho dalšího využití. K tomu, abychom byli schopni stanovit takovou jednoznačnou míru rizika jednotlivých lokalit, bylo třeba vytvářet ucelené postupy (metodiky), které pomocí několika přesně definovaných kroků vypočítají či odhadnou konkrétní hodnotu rizika daného území a zároveň dají informaci o tom, s jakou jistotou se o tuto hodnotu můžeme opírat pro budoucí rozhodování.

Práce s daty, jejich sběr, hodnocení a interpretace hrají klíčovou roli v hodnocení a predikci přírodních rizik ve vztahu k budoucímu využití krajiny. Přírodní systémy jsou vysoce komplexní celky obsahující častý výskyt složitých časových a prostorových struktur. Pro hodnocení a předpovídání systémů je třeba užití holistického přístupu. Řešení jejich problematiky, tedy zejména sledování jejich stavu, vyplývajících rizik a řízení jejich dopadů, je interdisciplinární problém. Problematiku monitorování a hodnocení geotechnických rizik a další rozhodování o využití dotčených území je proto třeba řešit pomocí využití informačních nástrojů. Tím máme na mysli implementaci technologií pro monitorování, správu dat a jejich hodnocení zejména z pohledu případných rizik. Díky této informační i znalostní podpoře je možno efektivněji vzájemně provázat znalosti z dílčích oborů a tím vytvářet komplexní model. Je proto nutné plně využívat modely a metody hodnocení, které budou schopny dostatečně realisticky popsat pozorované chování tohoto studovaného systému a předpovědět jeho budoucí chování a napomoci optimálnímu rozhodování o budoucím rozvoji využití krajiny z pohledu dalšího rozvoje.

Hodnocení vždy zahrnuje různé pohledy, např. ekonomicky úsporné, environmentálně příznivé, sociologicky příznivé, časově výhodné, a dále i různé scénáře, které je třeba z pohledu např. návrhu urbanistických řešení zohlednit, kdy za dosažení jistých prahových hodnot pro různé formy využití krajiny dochází k destabilizaci systému a ohrožení stanovení cílů. Eliminace rizik by měla např. zabránit neefektivním stavebním investicím na místech, kde by v budoucnu mohlo dojít k iniciaci geotechnických rizik.

Požadované Know-How

• HTW: zjištění charakteristických parametrů půdy, výpočty zatížení.
• TUL: návrh databáze a informačního systému.
• KU: vliv saturace půdy na její mechanické vlastnosti.
• ITN: zkušenosti s rekultivačními vrstvami.