VLIV OBNOVY HYDROGRAFICKÉ SÍTĚ POŠKOZENÉ PŘI IMISNÍCH TĚŽBÁCH NA ODTOKOVÝ PROCES Ing. Vladimír Černohous, Ph.D. Jitka Richterová.

Prezentace na téma: "VLIV OBNOVY HYDROGRAFICKÉ SÍTĚ POŠKOZENÉ PŘI IMISNÍCH TĚŽBÁCH NA ODTOKOVÝ PROCES Ing. Vladimír Černohous, Ph.D. Jitka Richterová."— Transkript prezentace:

1 VLIV OBNOVY HYDROGRAFICKÉ SÍTĚ POŠKOZENÉ PŘI IMISNÍCH TĚŽBÁCH NA ODTOKOVÝ PROCES Ing. Vladimír Černohous, Ph.D. Jitka Richterová

2 •Sedmdesátá a osmdesátá léta - imisní kalamita •Devadesátá léta - kůrovcová kalamita •Zpřístupnění porostů •Změna mikroklimatu a horizontálních srážek •Porušení hydrografické sítě Příčiny změn srážko-odtokového režimu Důsledky změn •Zhutnění půd a změna infiltrace •Změna retenční kapacity půd •Změna evapotranspirace (územního výparu) •Zamokření nebo vysychání půd •Změna odtoků Nástin problematiky

3 Cíl výzkumné práce Cílem experimentu je popsání odtokového procesu malého zamokřeného horského povodí po devastaci lesního porostu a degradaci půdy antropogenní činností (imise, velkoplošné mechanizované těžby) a detekce jeho změn po následné rekonstrukci hydrografické sítě a při současné ekologicky odůvodněné obnově lesního porostu (včetně praktických hospodářsko technických doporučení pro obdobné poměry).

4 Povodí U Dvou louček

5 Povodí U Dvou louček v Orlických horách, katastr obce Říčky, pozemky Správy Kolowratských lesů. Rozloha 32,6 ha. Nadmořská výška povodí je 880 m až 950 m, průměrná výška podle hypsografické křivky 922 m n.m. Délka rozvodnice 2 290 m a délka údolnice 530 m. Sklon povodí: v dolní části 7,5 o, ve střední 8,5 o a v horní 4,3 o. Průměrný sklon vypočtený z průběhu vrstevnic je 6,4 o. Jihozápadní expozice povodí přechází v okrajových částech v jihovýchodní a západní. Vodoteč vytváří dvě ramena o délce 340 m a 300 m. Šestina rozlohy povodí je ovlivněna vysokou hladinou spodní vody (protékající voda a prameniště). Plocha vzrostlého bukosmrkového porostu (průměrný věk 80 let) od roku 1991 (6,8 ha) poklesla na 5,7 ha (17,5 %). Imisní holoseč (26,9 ha) se smrkovou kulturou o stáří do patnácti let. Cestní síť má hustotu 62 m.ha-1. Lesnická typologie povodí zahrnuje lesní typ 7K3, 7P1 a 7T1. Zájmové území

6 K získávání vstupních dat je povodí vybaveno osmi srážkoměry v polygonové síti a dvěma ombrografy, 18 sběrnými nádobami dle metodiky GEOMON, deseti lyzimetry v hloubce 0,75 m, šesti žlaby na laterální průsak. Hladina spodní vody je sledována 52 hladinoměrnými sondami. Sací tlak půdy je měřen 168 tenzometry (LOCUS) na dvou vlhkostně odlišných mikroplochách (10 krát 10 m). Průtok ve vodoteči byl sledován plovákovým limnigrafem Metra, od léta 1996 manometrickým limnigrafem fy NOEL s automatickým sběrem dat. V roce 1996 byl ručně proveden odvodňovací zásah na ploše 3 ha. Délka odvodňovacích příkopů 500 m. Na povodí probíhají současně hydrologický výzkum a lesopěstební experimenty.

7 Na rule se zde vytvořila kambizem (hnědá lesní půda), podzol (mělce výrazný podzol humusový, mělce výrazný podzol glejový rašelinný) a na svoru podzol a organozem (rašeliništní půda)

8 Stav hydrografické sítě před hydromelioračním zásahem Stav hydrografické sítě po provedení zásahu

9 Metody detekující změny odtokového procesu • Dvojná součtová čára • Průměrné denní průtoky • Jednotkový hydrogram • Výtokové čáry • Separace složek odtoku Vzhledem k názornosti, dostupnosti, obecné použitelnosti, šíři popisovaných parametrů a relativní provázanosti výstupů byly vybrány a aplikovány následující metody popisu odtokového procesu a detekce jeho změn.

10 Výsledky Úhrnné srážky za hydrologické roky měly výrazný stoupající trend v letech 1992 až 1995 a 2003 až 2005. V letech 1997 až 2001 byly celkem na stejné úrovni. Nejnižších hodnot dosáhly v letech 1992, 1996 a 2003 a nejvyšších hodnot v letech 1995, 2002 a 2005. Na základě provedených statistický analýz lze konstatovat, že byla prokázána nezávislost hodnot srážek v časové řadě a srážky tudíž nejsou uspořádány v určitém časovém sledu a svým uspořádáním ani trendem neovlivňují změny odtoku.

11 Hodnocení změn pomocí dvojné součtové čáry Vyhodnocení změn odtoku pomocí dvojné součtové čáry přineslo rozčlenění časové řady na kalibrační období od založení experimentu do provedení zásahu (1992 až 1995), pozásahové období (1996 až 2001) a třetí období hydrologicko-porostní stabilizace (2002 až 2005).

12 Hodnocení změn průměrných denních průtoků Histogramy četností výskytu průměrných denních průtoků v zimním a letním hydrologickém půlroce 2005. V letním hydrologickém půlroce převažuje výskyt průtoků od nejnižších po nižší střední průtoky do 40 l.s -1. Nejvyšší průtoky okolo 80 l.s -1 a více se vyskytly ojediněle jen při velkých přívalových srážkách. Naopak v zimním hydrologickém půlroce se vyskytují průtoky v celé škále. Základní odtok v době mrazů (do 10 l.s -1 ), střední průtoky při oblevách i jarním tání sněhu a maximální průtoky při jarním tání nebo oblevách s deštěm.

13 Průměrné denní průtoky s největší četností výskytu v roce se po hydromelioračním zásahu přesunuly z intervalu 2 – 4 l.s -1 (kalibrační období) do intervalu 4 – 6 l.s -1 (pozásahové období) a následně opět do intervalu 2 – 4 l.s -1 (období hydrologicko-porostní stabilizace). Obdobný průběh měla změna denních průtoků v intervalech 8 – 16 l.s -1 a 40 – 54 l.s -1 (četnost jejich výskytu se zvýšila a posléze znovu klesla). V pozásahovém období se snížil výskyt průměrných denních průtoků v intervalu 34 – 38 l.s -1. Naopak navýšení četností doznal interval 60 – 82 l.s -1 a to převážně v období jarního tání, které je ovlivňováno hlavně průběhem klimatických prvků (teplota a kapalné srážky). U ostatních intervalů průměrných denních průtoků nedošlo k podstatným změnám v četnosti jejich výskytu. Průměrné histogramy pro daná období otestované mnohonásobným porovnáním rozptylů a srovnáním s kontrolní skupinou (kalibrační období) ukázaly homogenitu období kalibračního a období hydrologicko-porostní stabilizace, zatímco období pozásahové se lišilo. Výsledky testů tudíž potvrzují výsledek hodnocení metodou dvojné součtové čáry.

14 Hodnocení změn pomocí jednotkových hydrogramů Tvary průměrných jednotkových hydrogramů o délce trvání 24, 44 a 60 a více hodin setříděných na počátek průtokové vlny Tvary průměrných jednotkových hydrogramů o délce trvání 24, 44 a 60 a více hodin setříděných na bod kulminace

15 Hodnocení změn analýzou výtokových čar Shoda výsledků s předchozími metodami popisu odtoku na povodí U Dvou louček podporuje použitelnost této metody i přes dílčí metodickou chybu. Prudké a zvýrazněné časové změny odtoku takto malého povodí (32,6 ha) nelze dvojím logaritmováním vyrovnat do přímky. Přímka následně proložená vzniklým bodovým polem metodou nejmenších čtverců pak není úplně metodicky správná. Zpětně vypočtené výtokové čáry z takto získaných průměrných parametrů sice přesně neodpovídají konkrétním naměřeným hodnotám hydrogramů (zvláště v počátku a konci výtokové čáry), ale charakterizují průměrný, obvyklý způsob výtoku vody z povodí a jeho trendy v období beze srážek. Změny těchto čar v časové řadě pak charakterizují i změny odtoků v jednotlivých obdobích.

16 Výtokové čáry poklesové větve hydrogramu a dlouhého období bez srážky (vyprazdňování povodí) v hydrologických letech 1992 až 2005

17 Hodnocení změn separací složek odtoku metodou analýzy poklesové větve hydrogramu Porovnáváním podílů odtoku bylo zjištěno, že se jednotlivé složky liší nejen mezi sledovanými obdobími, ale i v rámci období podle velikosti konkrétních průtokových vln. Protože výška kulminace úzce souvisela s objemem odtoku bylo možno podle tohoto parametru roztřídit hodnocené průtokové vlny na tři výrazně odlišné soubory. Rozmezí kulminací těchto tří souborů průtokových vln jsou – do 20 l.s -1, od 20 do 60 l.s -1 a nad 60 l.s -1. Absence povrchového odtoku v lesním prostředí je zde doložena velikostí pomalého a zrychleného hypodermického odtoku půdou (89,5 % až 99,4 %) proti 0,6 % až 10,5 % rychlého odtoku. Tento příznivý poměr nenarušil ani provedený hydromeliorační zásah. Naopak, při nejmenších průtokových vlnách rychlý odtok úplně eliminoval (0,6 %) a i při větších průtocích se projevil jeho snížením o 2,2 % až 4,2 %.

18 Podle popsaných poznatků je možno konstatovat, že hydromeliorační zásah s úpravou hydrografické sítě provedený k zajištění obnovy porostů, hydrologickou bilanci zamokřených imisních holin sice ovlivňuje, ale zásadně nezhoršuje. Částečná negativa vyvolaná zvýšením vodnosti a navyšováním kulminací mohou být využita k akumulaci a odběrům a tím kompenzována zároveň s úspěšností pěstování lesa. Potřebnost zásahu pro zakládání a odrůstání lesních kultur provzdušněním půdního profilu a jeho pozitivní vliv na stabilitu porostů proti větrným a sněhovým vývratům je známa. Proto je hydromeliorační zásah s úpravou hydrografické sítě na imisně a antropogenně poškozených lokalitách opodstatněný a lze jej doporučit. Musí být však proveden po řádném melioračním průzkumu, s ohledem na danou lokalitu a podle požadovaných účinků tak, aby nebyl zbytečně intenzivní a velkého rozsahu. U takto ekologicky provedených odvodňovacích zásahů lze zároveň docílit i jejich dočasnosti (přirozeně nebo dalším opatřením) do doby, kdy se restauruje desukční funkce obnovených porostů a stabilizuje jejich hydrologický režim. Vhodnost časově omezených zásahů je podepřena i zkušenostmi našich předků, kteří tato dočasná hydromeliorační opatření k podpoře obnovy porostů používali. Zbytky takovýchto soustav nacházíme v lesních porostech dodnes. Zhodnocení realizace hydromelioračního zásahu a návrh praktických opatření

19 Závěry Prezentovaná práce předkládá a potvrzuje známé poznatky z literatury, ale přináší i nové poznatky o vlivu rekonstrukce hydrografické sítě a melioračního zásahu na odtok z malého horského lesního povodí: • potvrzení navýšení vodnosti malých vodních stavů a zvýšení kulminačních průtoků malých průtokových vln po zásahu • potvrzení snížení výše uvedených stavů a průtoku vlivem obnovy hydrické desukční funkce lesních porostů • zvyšování kulminací po zásahu i při velkých průtokových vlnách (doposud se považoval tento vliv za zanedbatelný) způsobené patrně velmi malou rozlohou povodí a tím jeho zvýrazněnými reakcemi na hydrologické podněty • prokázání zvětšené infiltrace a zrychlení hypodermického podpovrchového odtoku vlivem vytváření preferenčních cest podél kořenů lesních dřevin • prokázání převažující absence povrchového odtoku v lesním prostředí poměrem pomalého a zrychleného půdního odtoku ku odtoku rychlému (90 % ku 10 %) z celkového odtoku z lesního povodí • snížení objemu rychlého odtoku zvětšenou retencí půd po hydromelioračním zásahu až o 4 % • metodické upozornění na nepřesnost výtokových čar dle Voskresenského pro malá povodí, kde teoretický tvar dvojně zlogaritmované výtokové křivky správně nevystihuje lineární přímkovou závislost průtoku na čase (Q = f (t)); neudává sice přesné hodnoty ve fázi poklesu hydrogramu, ale reprezentativně charakterizuje trendy a změny odtoku v období beze srážek, tedy predikuje tyto trendy pro periodu sucha • provedený hydromeliorační zásah s úpravou hydrografické sítě a sporadickým příkopovým odvodněním na 16 % povodí je k vodní komponentě povodí šetrný a neznamená její poškození

20 Děkujeme za projevený zájem o výsledky výzkumu na povodí U Dvou louček