Hydrologické aspekty RaA při eliminaci hydrologických extrémů

Prezentace na téma: "Hydrologické aspekty RaA při eliminaci hydrologických extrémů"— Transkript prezentace:

1 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

2 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

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

4 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

5 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

6 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

7 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

8 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)

9 Analýza hydrogramu odtoku
Analýza průtoků metoda Klinera a Kněžka Killeho metoda, metoda minimálních průtoků indexové metody změny směrnic hydrogramu jednotkový hydrogram GROUND; MGPM ( rekurzivní filtry: Chapman & Maxwell, Nathan & McMahon Analýza hydrogramu odtoku

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

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

12 Analýza poklesové větve hydrogramu
Uplatnění metody prázdnění lineární nádrže Log

13 Příklad stanovení složky "interflow"

14

15 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)

16 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

17 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

18 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

19 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

20 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

21 Trvalost projevů změn půdních vlastností

22 Mapa využitelné vodní kapacity půd

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

24 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

25

26 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).