Hydrologické aspekty RaA při eliminaci hydrologických extrémů TEZE: Hydrologické extrémy a hlavní složky odtoku Pedotransferové funkce, vyjádření retenčních schopností půd variabilita půdních vlastností Retenční schopnost odvodněných povodí 9.lekce

Obsah hydrologické extrémy a vztah k RaA: sucho a povodně způsoby stanovení hlavních složek odtoku generalizované vyjádření retenční schopnosti půd význam a sestavení pedotransferových funkcí vyjádření vlivu nádrží a odvodnění na retenční schopnost povodí 9.lekce

Sucho jako důsledek - klimatických změn - snižování retenční schopnosti krajiny meteorologické sucho agronomické s. hydrologické s. socio-ekonomické s.

Zemědělské sucho využití závlah zvýšit zadržení vody v krajině změna kultur a výběr vhodných odrůd Výměra zavlažované plochy v ČR: 25 – 30 tis. ha za průměrný rok Zavlažované plodiny a kultury: - hlavně zelenina a rané brambory - sady, chmelnice, vinohrady

Hydrologické sucho specifika průměrných/malých průtoků (sezonalita: letní, zimní) nedostatkové objemy, trvání trendy průtoků (klimatu, srážek, sucha) Pozn.: Zpravidla je limitním/mezním průtokem 355, 330 nebo 360-denní průtok Nejextrémnější sucha 20. stol. byla v letech 1947, 1953 a 1921

Povodeň jako projev srážko-odtokového vztahu periodicita výskytu povodně (vyhodnocení příčin nepříznivého stavu v ploše povodí) Denní srážkové úhrny a průměrné denní průtoky v měsíci červenci 1997

Typy/příčiny povodňových událostí povodeň z déletrvajících dešťů, zasahujících většinou velké území -> regionální déšť povodeň z přívalových dešťů bouřkového typu -> blesková povodeň povodně z tání sněhu speciální povodně způsobené např. poškozením vodních děl, sesuvy půdy nebo hornin, seismickou činností atd. vliv nasycenosti povodí vliv vývoje meteorologické situace vliv využití území a stavu povrchu půdy zrychlení odtoku např. zkrácením délky toku snížení retenční a infiltrační schopnosti povodí nedostatečnost protierozních opatření nebo absence protierozní ochrany absence cíleného využívání inundačních území, nevhodná zástavba

Stanovení hlavních složek odtoku separace dvou/tří složek odtoku způsoby využití, vztah k RaA; výhody a nevýhody výpočtové metody; srážko-odtokové modely metody přímého měření (stopovací)

Analýza hydrogramu odtoku Analýza průtoků metoda Klinera a Kněžka Killeho metoda, metoda minimálních průtoků indexové metody změny směrnic hydrogramu jednotkový hydrogram GROUND; MGPM (http://www.hydromeliorace.cz/sw/separace) rekurzivní filtry: Chapman & Maxwell, Nathan & McMahon Analýza hydrogramu odtoku

Analýza průtoků: Metoda Kliner - Kněžek Qz = f(H) Oz - základní podzemní odtok v recipientu, H - stav hladiny podzemní vody ve vrtech

Analýza hydrogramu Teorie JH: předpoklad lineárního chování srážko-odtokového systému

Analýza poklesové větve hydrogramu Uplatnění metody prázdnění lineární nádrže Log

Příklad stanovení složky "interflow"

http://www.hydromeliorace.cz/sw/separace

Generalizované metody odvození půdních (hydrofyzikálních) vlastností hydrologické skupiny půd pedotransferové funkce Podklady: databáze půdních typů (HPJ, BPEJ apod.) snadno stanovitelné parametry, nebo databáze provedených šetření (např. KPP)

Hydrologické skupiny půd Kategorie hydrologických skupin půd (Němeček, 1989) [např. Metodika ÚVTIZ č.5/1992, Tab.X., nebo Janeček, 2007] Skupina Vlastnosti B Půdy se střední rychlostí infiltrace [0,06-0,12 mm/min] B/A/ Dtto, s menší četností půdy s vysokou rychlostí infiltrace [> 0,12 mm/min] B/C/ Dtto, s menší četností půdy s nízkou rychlostí infiltrace [ 0,02-0,06 mm/min] B-C Typy půd s vyšším rozpětím variability rychlosti infiltrace [0,02-0,12 mm/min] C Půdy s nízkou rychlostí infiltrace [ 0,02-0,06 mm/min] D Půdy s velmi nízkou rychlostí infiltrace [< 0.02 mm/min] Kod_BPEJ pud_subtyp substrat hydr_skup 01 ČMn, ČMk /ČM, ČMk/ spraš B 02 ČMi /ČMd/ 03 ČMč /ČMl/ spraš, spraš-slín C 04 ČMr /ČM/ lehké substr. A 05 ČM spraš/písek 06 ČMp, ČMpc /ČM/ slín /vylehčení Ap/ 07 ČMp, ČMpc, SMm /ČM, ČMsm/ slín, slínitý jíl D 08 ČM, HM smyté sprašové mat., /slín/ 09 ŠMm /ČMi/ 10 HMm, HMč, HMg´ /HM/ 11 HMm, HMg´ /HM/ sprašová hlína 12 HMm, HMg /HM/ polygenetická hlína 13 HM, IP hlína - lehký mat. 14 IP, HMi /g/ sprašová nebo polygenetická hlína 15 IP, HMi, HP-HPi /g/ 16 IP zahliněné /štěrko/ písky 17 IP, /IP/ písky /hlinité proplástky/ 18 RA, RA h svahoviny vápenců, terras 19 PR, PRh /RA, R th/ opuky, slínovce

Hydrologické skupiny půd A. Propustné půdy, především písčité půdy, velká zrnitost, Ks > 1,1 m.den-1 B. Půdy se střední schopností vsaku i při plném sycení, převážně písčito-hlinité a hlinito-písčité, střední zrnitost; 0,45 < Ks <1,1 m.den-1 C. Půdy s malou schopností vsaku, hlinité půdy, jílovito-hlinité až jílovité půdy, jemná zrnitost; 0,24 < Ks < 0,45 m.den-1 D. Půdy s velmi malou schopností vsaku, zahrnující hlavně jíly, půdy s trvale vysokou hladinou podzemní vody, nebo mělké půdy na téměř nepropustném podloží, velmi jemná zrnitost; Ks < 0,24 m.den-1

Pedotransferové funkce k odvození retenčních charakteristik půd Ruzyně: kde a je obsah organické hmoty v půdě, resp. dávka kompostu v [t.ha-1], b objemová hmotnost [g.cm-3], c hodnota zrnitosti první zrnitostní kategorie (jíl) dle Kopeckého [%], d je sací tlak [cm H2O] Porovnání naměřených a vypočtených vlhkostí retenčních čar s použitím pedotransferových funkcí pro jednotlivé sací tlaky

Další typy pedotransferových funkcí: k odvození propustnosti půd, Kunsat, apod. Řešení odvozené Jahodou a Hanzlíkem: [m.s-1] kde ds je střední velikost zrna (medián), konstanta C Řešení Kozeny, Köhler, Hazen, Zeichang: kde  je teplota vody [°C], d10 je velikost zrna [mm] odečtená pro 10% zastoupení zrn z křivky zrnitosti Nebo úprava Van Genuchtena pro odvození nenasycené hydraulické vodivosti z parametrů retenční křivky při různé saturaci půdy vodou: kde S je relativní nasycenost půdy vodou: S = ( - r)/(s - r) m parametr podle Van Genuchtena L parametr (nabývá průměrné hodnoty 0,5) Ks je nasycená hydraulická vodivost

Jednotky Rozsah hodnot Vyjádření dosahované variability půdních vlastností v rámci hodnocení jednotky (Kutílek M., 1993) Variabilita půdních vlastností Charakteristika malá (CV < 15%) objemová hmotnost, vlhkost při nasycení, pH půdy, mocnost A horizontu střední (CV = 15 až 35%) obsah frakce písku a jílu, bod vadnutí, polní vodní kapacita, obsah CaCO3, výměnná půdní kapacita, hloubka Gr horizontu vysoká (CV = 35 až 70%) vlhkost momentální, obsah humusu, obsah rozpustných solí v aridních oblastech, hloubka vyluhování CaCO3, sorptivita, hloubka a mocnost B horizontu velmi vysoká (CV > 70%) nasycená hydraulická vodivost, nenasycená hydraulická vodivost při stejném hydraulickém spádu (příp. vlhkosti), difuzivita, parametr A z rovnice Philipa Rozpětí variability hydrofyzikálních parametrů na příkladu zpracovaných půd Slovenska (Houšková B., 2000) Půdní vlastnost Jednotky Rozsah hodnot Objemová hmotnost g.cm-3 1,10 – 1,60 Specifická (měrná) hmotnost 2,60 – 2,76 Pórovitost celková % obj. 23,5 – 61,0 Obsah jílu (<0,002 mm) % hmotn. 13,4 – 68,3 Obsah prachu (0,02 – 0,002 mm) 8,6 – 46,3 Obsah písku (2 – 0,02 mm) 76,6 – 100 Obsah organické hmoty 0,5 – 1,6 Vlhkost při úplném nasycení 23,2 – 56,5 Vlhkost při pF=2,52 29,7 – 53,1 Vlhkost při pF=4,17 9,0 – 35,8 Nasycená hydraulická vodivost m.den-1 0,01 – 78,0

Trvalost projevů změn půdních vlastností

Mapa využitelné vodní kapacity půd

Ovlivnění RaA vody v reálném povodí nádržemi a odvodněním Při plošném podílu ploch odvodnění: 30% Dolský potok a 56% Kotelský potok Zpracované období: 1.1.2002 - 31.7.2007

Porovnání retenční schopnosti povodí s ohledem k existenci odvodnění Porovnání retenční schopnosti povodí s ohledem k existenci odvodnění ... jako nástroj vyjádření účinku odvodnění ... i pro návrh kompenzačních opatření v povodích

Dílčí závěry Povodí Kotelského potoka (56% odv.plochy) vykazuje menší retenční schopnost. Ta se projevuje vyššími specifickými průtoky v období zvýšených vodních stavů a výrazně nižšími specifickými průtoky za nízkých vodních stavů. Povodí je velmi náchylné na vysýchání, což se projevuje vyšším počtem dnů bez protékající vody v korytě. Roční empirické čáry překročení hodinových průtoků se z uvedených důvodů vždy kříží (i v dlouhodobých periodách zpracování).