Posted by & filed under Ze světa vodního hospodářství.

Jaký význam přikládá Ministerstvo životního prostředí procesu plánování v oblasti vod a co Česká republika zpracováním plánů získá?

Dovolím si na Vaší úvodní otázku reagovat nejprve od jejího konce. Zpracováním plánů povodí a plánů pro zvládání povodňových rizik na období 2016–2021 získává Česká republika dva zcela zásadní strategické dokumenty v oblasti ochrany vod a ochrany před povodněmi, které pro dané období definují cíle směřující ke zlepšení stavu vodních útvarů povrchových a podzemních vod i ke snížení povodňového rizika a zvýšení povodňové připravenosti. Je potřeba zmínit, že tyto strategické dokumenty respektují hranice hydrologických povodí, tudíž byly ve výsledku zpracovány plány povodí a plány pro zvládání povodňových rizik samostatně pro národní části mezinárodního povodí Labe, Odry a Dunaje, tedy ve výsledku se, na národní úrovni, jedná o šest samostatných koncepcí.

Rozhovor-1

Na tomto místě musím připomenout, že Česká republika má v této oblasti opravdu na co navazovat a z čeho vycházet, neboť vodohospodářské plánování, stejně jako obecně celý sektor vodního hospodářství, má u nás dlouholetou tradici.

Zde je vhodné udělat také krátkou odbočku do méně vzdálené minulosti. V roce 2000 byla na úrovni Evropského společenství přijata tzv. Rámcová směrnice o vodách (č. 2000/60/ES), která stanovila rámec vodní politiky pro všechny členské státy. Hlavním cílem směrnice je dosáhnout tzv. dobrého stavu vod do roku 2015. Vstupem České republiky do Evropské unie v roce 2004 tak vyvstaly i nové povinnosti v oblasti vodního hospodářství související s naplňováním požadavků Rámcové směrnice o vodách. Mezi těmito povinnostmi byly i zcela nové požadavky na podobu vodohospodářského plánování, které nově nesou název Plánování v oblasti vod. Přípravné práce pro zpracování plánů povodí byly, v souladu s požadavky této směrnice, dokončeny v roce 2009 schválením tzv. prvních plánů povodí na období let 2009–2015. Plány povodí obsahují řadu opatření nezbytných ke zlepšování stavu vod. V tomto kontextu je nutné zmínit, že ne všechna opatření se, v poměrně krátkém období šestiletého plánovacího období, podařilo plně realizovat. Je to především způsobeno časovými požadavky na nezbytnou projektovou přípravu, dobu samotné realizační fáze navrženého opatření a v mnoha případech značnou složitostí ve vypořádání majetkoprávních vztahů.

S přijetím tzv. Povodňové směrnice (č. 2007/60/ES) v roce 2007 bylo nezbytné reagovat i na další nové výzvy a povinnosti vyplývající z této směrnice. Kromě souvisejících legislativních změn bylo nezbytné zpracovat národní koncepce v podobě výše zmiňovaných plánů pro zvládání povodňových rizik. Tyto plány byly schváleny vládou ČR v prosinci roku 2015, stejně jako aktualizované plány povodí. Jádrem plánů pro zvládání povodňových rizik jsou cíle a zejména navržená opatření, která napomáhají ke zlepšení připravenosti zvládání povodňových situací (např. vytvoření nebo aktualizace povodňových plánů územních celků, využití výstupů povodňového mapování v územním plánování, zřízení a modernizace srážkoměrných a vodoměrných stanic, lokální výstražné systémy apod.) a také konkrétní opatření stavebního charakteru pro ohrožené lokality, tzv. oblasti s významným povodňovým rizikem.

Nelze zapomenout také na důležitou fázi v implementaci Povodňové směrnice, která byla podkladem plánů pro zvládání povodňových rizik, a to na fázi přípravy map povodňového nebezpečí a map povodňových rizik. Vytvoření těchto map pro téměř 3 000 km vodních toků v České republice poskytuje řadu neocenitelných informací jak pro operativní řízení, tak pro koncepční činnost v oblasti povodňové ochrany.

Všechny výše uvedené koncepce jsou zcela základním podkladem nejen pro výkon státní správy, ale i územní plánování a vyplývá z nich řada povinností v podobě realizace navrhovaných opatření k dosahování dobrého stavu vod, snižování povodňových rizik a zlepšení povodňové připravenosti. V tomto ohledu vnímám také velmi významnou vazbu na aktuální Operační program Životní prostředí (OPŽP 2014–2020), kde především v prioritních osách 1 a 4 je alokováno značné množství finančních prostředků, které mohou významnou měrou přispět k podpoře a následné úspěšné realizaci navržených opatření.

Jakou roli hraje rezort životního prostředí v procesu plánování v oblasti vod?

Role Ministerstva životního prostředí v procesu plánování v oblasti vod vychází z nám přidělených kompetencí definovaných ve vodním zákoně. Lze obecně konstatovat, že zásadní roli zastává rezort především v koordinaci celého procesu. Z hlediska kompetenčního rozdělení za jednotlivé typy plánů pak vnímám hlavní úlohu rezortu MŽP v procesu pořizování plánů pro zvládání povodňových rizik, neboť tyto plány vydáváme, podle vodního zákona, opatřením obecné povahy. Neméně významnou roli však vnímám i v našem zapojení při přípravě národních plánů povodí. I v tomto případě zastává náš rezort klíčovou roli jak v samotné koordinaci, tak i při nezbytném posouzení těchto koncepcí procesem SEA.

Nechtěla bych se však držet pouze národní úrovně zpracování plánů. Musím zmínit i význam plánů dílčích povodí a mezinárodních plánů. Plány dílčích povodí, které pořizují krajské úřady a správci povodí, ve spolupráci s rezorty MŽP a Ministerstva zemědělství (MZe), jsou ze své podstaty detailnější a jsou podkladem pro zpracování národních koncepcí. Je zde tedy nezbytná vzájemná obsahová provázanost a vzájemná koordinace jejich zpracování. Obdobně je tomu i ve vazbě na mezinárodní plány povodí a mezinárodní plány pro zvládání povodňových rizik, kde je význam vzájemné mezistátní koordinace opravdu esenciální. Jako příklad mohu uvést Mezinárodní komisi pro ochranu Dunaje, kde je kromě 14 zástupců států v povodí řeky Dunaje zastoupena i Evropská unie.

Mohu s potěšením konstatovat, že i v případě přípravy těchto plánů se podařilo termíny stanovené směrnicemi dodržet a aktualizované mezinárodní plány povodí a první mezinárodní plány pro zvládání povodňových rizik úspěšně schválit. Kromě naplňování cílů daných těmito plány je v nadcházejícím období nezbytné však již intenzivně pracovat na přípravě další aktualizace plánů po příští plánovací období 2022–2027.

Co bude největší výzva při zpracování obou typů plánů na období 2022–2027?

Ačkoliv mají všichni hlavní aktéři procesu plánování v oblasti vod již poměrně dobrou zkušenost ze zpracování plánů povodí i plánů pro zvládání povodňových rizik, zůstává i pro následující období řada výzev a prostoru ke zlepšení. Šestiletý cyklus plánování v oblasti vod je poměrně krátké období, ač se to nemusí na první pohled zdát. V tomto období je nutno zajistit skutečně velmi rozsáhlou řadu úkolů a činností. Na prvním místě bych tedy ráda zmínila potřebu dodržení stanoveného časového harmonogramu celého procesu, což klade zcela mimořádné nároky na aktivní participaci všech zúčastněných stran zapojených do procesu plánování v oblasti vod, kterými jsou především oba rezorty, krajské úřady a správci povodí, další rezortní organizace MŽP a MZe apod. S tím samozřejmě souvisí i odpovídající zajištění personálních a odborných kapacit. Při této příležitosti bych také ráda poděkovala kolegům z ČHMÚ a VÚV, kteří významně přispěli ke zdárnému dokončení celého procesu pořízení plánů pro toto plánovací období, včetně technického zajištění podávání zpráv o přijetí plánů (tzv. reporting) Evropské komisi v loňském roce. Požadavky na reporting plánů byly pro tento cyklus mimořádně obsáhlé a provázely jej i technické problémy na straně příjemce dat. I přes tyto komplikace se však podařilo tento proces zdárně dokončit a Česká republika byla dokonce první zemí EU, která tento úkol splnila.

Pro přípravu příštího plánovacího období je nyní nezbytné, kromě vlastního zhodnocení případných nedostatků v předchozích plánech, počítat i se zpětnou vazbou od Evropské komise v podobě závěrů hodnotící zprávy. Již nyní je zřejmé, že aplikace výjimek z dosahování environmentálních cílů Rámcové směrnice o vodách je po roce 2015 již poměrně striktně omezena a bude nutno i s tímto limitujícím faktorem dále počítat. Ačkoliv i plány pro období 2022–2027 budou zpracovávány podle současného znění národní a evropské legislativy, vidíme jako velmi přínosné aktivně se zapojit do plánované revize Rámcové směrnice o vodách k roku 2019, která by měla stanovit evropský rámec vodní politiky na další období po roce 2027.

Jak hodnotíte spolupráci Ministerstva životního prostředí s ostatními zainteresovanými rezorty a institucemi při zpracovávání plánů?

Tak jako tomu bylo i v předchozím plánovacím období, byla za účelem koordinace ustavena Komise pro plánování v oblasti vod (KPOV), včetně jejího Programového výboru a pracovní skupiny Povodňová směrnice. Roli KPOV vnímám jako zcela zásadní pro zdárnou koordinaci celého procesu plánování v oblasti vod. KPOV jako poradní a koordinační orgán usměrňoval činnosti a přijímal i klíčová rozhodnutí v jednotlivých etapách zpracování plánů. Z tohoto důvodu jsme se již v loňském roce dohodli s kolegy z MZe, aby na činnosti Komise pro plánování v oblasti vod pro přípravu druhého plánovacího období plynule a neprodleně navázala Komise pro plánování v oblasti vod pro přípravu třetího plánovacího období. V tomto ohledu došlo k dílčím změnám v organizační struktuře Komise. Naší snahou bylo rozšířit okruh zapojených institucí a nevládních neziskových organizací, aby měli všichni aktéři dostatečný prostor pro aktivní participaci v průběhu celého procesu a ke vzájemné harmonizaci zájmů jednotlivých subjektů tak, jak k tomu docházelo již od samého počátku zpracování plánů.

Již jste shrnula kroky MŽP vedoucí ke zlepšení ochrany vod a snížení povodňového rizika. Mohla byste krátce uvést aktivity MŽP vedoucí k řešení problematiky sucha, jež bylo v posledních měsících často skloňováno?

Problematika sucha je jednou z hlavních priorit MŽP. Z iniciativy pana ministra Brabce vznikla v roce 2014 Mezirezortní komise SUCHO, která se po dohodě s ministrem Jurečkou spojila s již existující skupinou VODA a vznikla tak Mezirezortní skupina VODA­‑SUCHO. Cílem její činnosti je připravit návrh Koncepce ochrany před následky sucha pro území České republiky, kterou má MŽP a MZe předložit členům vlády do konce června 2017. Veškeré činnosti nyní směřují k přípravě tohoto materiálu. Máme za sebou podrobné analytické práce, snažíme se čerpat zkušenosti z již proběhlých epizod sucha. Před námi jsou rozsáhlé legislativní změny. Jedná se především o připravovanou novelu vodního zákona, na které spolupracujeme s MZe, kde se bude suchu věnovat celá nová hlava tohoto zákona. Dalším cílem je příprava Plánu pro zvládání sucha, který by definoval kompetence a celý systém řízení během výskytu sucha. Podrobně jsou v něm definovány stupně sucha a způsob jejich vyhlašování i následné kroky vedoucí ke zmírnění dopadů sucha a předcházení krizové situace. Ta se poté řídí typovým plánem pro řešení krizové situace Dlouhodobé sucho, který má MŽP připravit do konce letošního roku. Kromě toho připravujeme nové dotační tituly a upravujeme stávající podmínky Operačního programu Životní prostředí tak, aby finanční prostředky byly využitelné i pro řešení problematiky sucha. Dále budeme vypisovat několik výzkumných záměrů v programu Technologické agentury ČR a připravujeme i některé pilotní realizace.

Teď mi ještě dovolte položit otázku na trochu jiné téma. Jaký je současný stav „poplatkové“ novely vodního zákona?

Poté co v létě loňského roku došlo ze strany ČSSD jako vládního koaličního partnera ke zpochybnění návrhu novely, byly z materiálu odstraněny všechny navržené změny, především v oblasti změn limitů a sazeb pro zpoplatnění, jež by mohly způsobit navýšení stávajícího vodného a stočného nebo mohly být použity provozovateli vodovodů a kanalizací pro účelové zdůvodnění dalšího nárůstu vodného a stočného. Upravený materiál již od listopadu 2016 čeká na projednání v Poslanecké sněmovně. V této souvislosti musím konstatovat, že navržená úprava poplatků vycházela ze znění programového prohlášení vlády, prošla kompletně celým legislativním procesem včetně legislativní rady vlády, kdy došlo k vypořádání všech zásadních připomínek. Výsledné znění, připravené k projednání vládou, neobsahovalo žádné zásadní koncepční rozpory ve smyslu zpochybnění nutnosti navýšení poplatků ani ve smyslu míry navýšení. Zbývající drobné rozpory týkající se rozdělení výnosů z poplatků nebo zvýhodnění některých odběratelů podzemní vody mohly být snadno vyřešeny na jednání vlády. MŽP také nikdy nezpochybňovalo, že navýšením poplatků může dojít k mírnému navýšení ceny vodného a stočného tak, jak je uvedeno v hodnocení dopadů regulace (RIA), jež je nedílnou součástí materiálu. Tento fakt plyne z konstrukce věcně usměrňované ceny za vodné a stočné, kdy do výše ceny je možné plně zahrnout veškeré poplatky. Není však možné souhlasit s tendenční rétorikou oponentů navrhovaných změn, že úprava poplatků bude zásadním důvodem k významnému navýšení cen vodného a stočného. Jak je patrno ze zhruba dvojnásobného nárůstu cen vodného a stočného v letech 2002–2016, kdy nedošlo ke změnám ve zpoplatnění, poplatky nejsou položkou, jež významně ovlivňuje cenu vody. V současnosti se jejich váha na výsledné ceně vodného pohybuje kolem 3 %, v ceně stočného pod 0,5 %. Podle návrhu by došlo do roku 2023 k postupnému nárůstu u vodného na 9 % (tj. na stejnou váhu, jako má poplatek za odběr povrchových vod) a cca 3 % u stočného. Vzhledem k tomu, že u poplatků za odběr surové vody se jedná o platbu za cenu základní suroviny, a s ohledem na to, že zisk provozních vodárenských společností se dlouhodobě pohybuje kolem 8 % ze sumy vodného a stočného, poplatky by ani po navrhované změně nebyly zásadní položkou při kalkulaci ceny vody.

Navrhovaná změna poplatků tedy není v návrhu novely obsažena. Má MŽP jiné možnosti pro dosažení cílů, jež byly vytyčeny při přípravě poplatkové novely vodního zákona, tedy zejména snížení znečištění i objemu odpadních vod vypouštěných do povrchových vod a ochrana podzemních vod?

Navrhované řešení uvedených problémů pomocí poplatků coby ekonomického nástroje bylo vybráno zejména pro to, že se jedná o „měkčí“ regulaci, než je klasická regulace pomocí pevně stanovených limitů, a minulost jasně ukázala vysokou efektivitu takové regulace. Poplatky, pokud jsou správně nastaveny, motivují poplatníka, aby požadovanou změnou chování významně snížil výši placených poplatků. Je pouze na poplatníkovi, zda takovou motivaci využije, nebo bude platit poplatky v plné výši. Výnosy z poplatků jsou přitom plně zapojeny do dotační podpory v oblasti ochrany vod. Při použití „tvrdé“ regulace, ať již stanovením přísnějších limitů pro vypouštění odpadních vod, nebo omezení množství odebírané podzemní vody úpravou povolení musí subjekt stanovené limity bezpodmínečně dodržet, nemůže se z jejich dodržování žádným poplatkem „vykoupit“. Sankcí za nedodržení je pokuta či dokonce zrušení povolení k nakládání s vodami, což může zásadně ohrozit činnost subjektu. Protože úprava poplatků byla navrhována zejména jako reakce na zlepšení nevyhovujícího stavu povrchových vod a řešení problémů nedostatku vody a tyto problémy zpochybněním návrhu rozhodně nezmizely, bude MŽP nuceno v případě, že ani v blízké budoucnosti nedojde k dohodě a obnovení funkčnosti ekonomických nástrojů, použít k dosažení cílů v ochraně vod nástroje klasické regulace.

Posted by & filed under Ze světa vodního hospodářství.

Po 10. únoru 2017 byly v mediích uváděny informace o hrozícím protržení přehrady Oroville opírající se jednak o zjištěné poruchy hlavního přelivného objektu a tzv. nouzového přelivu vodou přepadající za významné povodně, jednak o evakuaci 190 tisíc lidí z údolí pod vodním dílem.

Na-prehrade-Oroville

The Washington Post uvedl, že podle odborníků v USA celkové porušení přehrady nehrozilo. Při pohledu na fotografie díla na internetu z dřívější doby je zřejmé, že tento závěr má oporu v celkové dispozici vodního díla, kde přelivné objekty nejsou v přímém kontaktu s tělesem sypané přehrady. Dnes je možno na Googlu najít množství fotografií, které přibližují stav po opadnutí povodně, zejména výmoly pod nehrazenou částí nouzového přelivu, kde nebylo žádné zařízení pro tlumení energie přepadající vody.

Údajně se za povodně při průtoku hrazeným přelivem 1 400 m3/s na betonovém skluzu v jednom místě objevila porucha, která zřejmě vyvolala následující manipulace: uzavření uzávěru přelivu z obav o rozvoj výmolu na skluzu, ponechání vzestupu hladiny vody v nádrži a následující přepadání vody přes korunu nehrazeného přelivu spojené s výmoly na neopevněném svahu, což zřejmě vedlo k rozhodnutí o obnovení funkce hrazeného přelivu. Zároveň byla voda z nádrže odváděna jednak přes turbíny vodní elektrárny, jednak spodní výpustí (více než 600 m3/s). Kapacita přelivných objektů je 4 245 m3/s.

Co je třeba doplnit

Kalifornie jako jeden z nejvyspělejších států USA opírá svůj rozvoj zvlášť výrazně o zajištění vody pro obyvatelstvo, zemědělství a průmysl. I když její rozloha je necelých 5 % rozlohy USA, co do počtu významných vodních děl s nádržemi je jich téměř čtvrtina z více než 6 000 uváděných významných přehrad. Převážně jde o víceúčelová vodní díla s hlavní váhou na zásobování vodou.

V případě Oroville se zejména uvádělo, že jde o nejvyšší přehradu v USA (235 m). Co je vodohospodářsky zvlášť cenné, že se podařilo vytvořit nádržní objem 4,36 miliard m3 (což je zhruba šestinásobek objemu nádrže Orlík, plocha povodí Vltavy po Orlík je však o něco větší). Že vodní dílo bylo z hlediska hospodaření s vodou velmi užitečné, prokazuje skutečnost, že s ohledem na výrazné sucho v oblasti před několika měsíci hladina nádrže zaklesla o více než 100 m pod normál.

O zásadních investicích v zájmu zajištění dostatku vody v Kalifornii vedle velkého počtu nádrží svědčí mj. projekt převodu vody z řeky Colorado (spojený s výstavbou nádrže Hoover a dalších) do jižní části státu, realizovaný v období před druhou světovou válkou.

Je třeba mít na zřeteli, že hydrologické poměry USA se vyznačují obzvlášť extrémními jevy. Pro vodní díla na tocích jde o jejich bezpečnost během povodní. Když se ve druhé polovině 20. století dospělo k názoru, že pro odhad parametrů extrémních povodní celosvětově běžně užívaná statistická extrapolace často nevede k spolehlivým výsledkům, byla vypracována nová metodika. Jejím základem je odhad pravděpodobné maximální srážky na studované povodí a stanovení odpovídajícího odtoku (PMP – PMF). Po přijetí nového postupu, závazného pro celé Spojené státy, byla nařízena prověrka všech vybudovaných vodních děl na tocích a stanoven termín, do kdy je nutno pojistná zařízení přehrad adaptovat v souladu s přísnějšími požadavky. Této prověrce se nepochybně podrobilo i VD Oroville. V podmínkách Kalifornie je možné se setkat s různými velkoryse řešenými pojistnými zařízeními, včetně vytvoření přelivu vylámáním ve skále. Proto by ani rozčlenění pojistného zařízení na hlavní hrazený přeliv se skluzem (celkové šířky 280 m) a směrem k pravobřežnímu zavázání, betonový nehrazený přeliv o délce 283,5 m a další přelivný práh (244 m) nemělo překvapit.

Pokud jde o evakuaci velkého počtu lidí, vysvětlení je asi třeba hledat v systému zvládání krizových situací s vědomím, že v Kalifornii existuje široká škála rizik, např. seismické účinky, velké lesní požáry atd., při jejichž zvládání je nutno postupovat velmi razantně.

Ve spolupráci s kolegy na katedře hydrotechniky ČVUT, zejména L. Satrapou a M. Zukalem.

Posted by & filed under Ze světa vodního hospodářství.

Dne 20. 12. 2016 se konal v Praze v Domě techniků seminář Ochranná pásma zdrojů pitné vody z povrchových zdrojů. Přes pozdní datum konání se semináře zúčastnilo 78 platících zájemců, celkem pak 88 účastníků. Zajímavé bylo i složení účastníků semináře, jehož se kromě zástupců vodoprávních úřadů a pracovníků povodí zúčastnili i četní zástupci podnikatelů. Seminář byl velmi pozitivně akceptován a účastníci projevovali velký zájem i o přístup k použitým prezentacím, které byly na našem webu vyvěšeny se zpožděním způsobeným vánočními svátky a dovolenými. Od 26. 1. 2017 jsou k dispozici prezentace, resp. informace, ve formátu PDF všech osmi přednesených referátů.

Seminar-Ochranna-pasma_upr

Dá se říci, že všechny příspěvky byly zajímavé a obsahovaly významné informace o této problematice. V současné době neexistuje platný předpis, norma, metodika, která by určovala, jak přistupovat k vyhlašování ochranných pásem povrchových zdrojů (OPPZ) při jakýchkoliv změnách v povodí vodních zdrojů. Poslední předpis o vyhlašování OPPZ, vyhláška č. 137/1999 Sb., byl překonán novým vodním zákonem č. 254/2001 Sb., o vodách. Také nový Občanský zákoník č. 89/2012 Sb. přestavuje významnou změnu, když se stavby staly součástí pozemků. O této problematice informovala účastníky semináře J. Nietscheová. Z této přednášky a dalších příspěvků vyplynula potřeba řešit další dopady změn, např. úhradu ztrát v hospodaření na pozemcích, vztahy mezi vlastníkem a nájemcem či obhospodařovatel v OPVZ.

Několik příspěvků se zabývalo problémem erozivní činnosti vody a souvisejícím znečištěním nádrží. Byly doloženy výsledky měření splachů a odnosů půdy do nádrží se všemi negativními dopady.

Ing. Kořínek se zabýval otevřenými problémy, které nejsou řešeny od roku 2001, kdy nabyl v platnost vodní zákon č. 254/2001 Sb. Zatím vůbec není dořešeno, jak budou OPVZ zahrnuta do evidence nemovitostí.

Byly předneseny příspěvky o přístupu k OPVZ podniky Povodí, a to Vltavy a Ohře. S ohledem na neexistující metodiky je zjevné, že se přístupy obou povodí dost liší. Dá se říci, že se se ctí zhošťují problémů v rámci možností. Zajímavý je institut kontrolních dnů v OPVZ na Povodí Ohře.

Zajímavý byl i příspěvek prof. J. Kubečky a kol. z AV ČR. Cílem ve skladbě rybí obsádky je minimalizace obsádky planktonožravých ryb a preference dravých ryb. Dříve zavedené účelové rybářské hospodaření na vodárenských nádržích to mělo sledovat. Jak prokázala měření kolektivu AV, nejsou tato opatření příliš úspěšná zřejmě i proto, že vyžadují značné náklady. Velmi nadějná se jeví možnost odlovu nežádoucích ryb v nádržích způsobem tralování používaným na moři. Za lodí tažený síťový vak se podařilo naplnit až několika centy ryb.

V této informaci zmiňuji jen některé pasáže, které mne zaujaly a byly i překvapivé. Pro podrobnější informace doporučuji věnovat pozornost příspěvkům na stránkách www.cvtvhs.cz.

V závěrečné diskuzi bylo dohodnuto, že účastníci zašlou dotčeným ministerstvům doporučení k nápravě současných legislativních a metodických nedostatků. Toto usnesení bylo rozesláno účastníkům k připomínkám a po doplnění předáno na MZe a MŽP.

Posted by & filed under Ze světa vodního hospodářství.

Jako zastánce věcných diskusí si dovoluji předložit ještě jedno upřesnění jako reakci na odpověď zástupce sdružení SOVAK ČR Ing. Ondřeje Beneše, Ph.D., MBA, LL.M. (VTEI č. 1/2017), na můj příspěvek Zbytečná hysterie kolem používání glyfosátu (VTEI č. 6/2016), který jsem adresoval jako odpověď na původní příspěvek ředitele SOVAK ČR Ing. Oldřicha Vlasáka SOVAK ČR podporuje co nejrychlejší úplný zákaz používání glyfosátu (VTEI č. 5/2016).

Odpoved-na-reakci

Předem bych chtěl autorovi reakce, p. Benešovi, poděkovat za diskusi a odlišný pohled na problematiku spojenou s používáním a nadměrným zneužíváním nejen glyfosátu, ale i ostatních pesticidů v pestrém oboru lidských činností, zejména těch úzce spojených s vodou, vodními zdroji a jejich využíváním. V jinak korektním příspěvku jsou však uvedeny dvě nepřesnosti, jejichž popsání pomůže určité rozpory v naší diskusi vysvětlit.

První se týká jisté naléhavosti, alespoň z pohledu zástupce SOVAK ČR, která z mého příspěvku čišela. Ta byla patrně způsobena velmi striktním vyzněním původního článku, který prosazoval úplný zákaz používání glyfosátu v ČR, což ostatně vyplývá už z jeho nadpisu. To je však v rozporu s reakcí SOVAK ČR na můj příspěvek, kde autor píše: „SOVAK ČR ani v rámci NAP neprosazuje úplný zákaz aplikace pesticidních látek“. Pokud by takto umírněnou formou byl psán i původní příspěvek, nebylo by potom potřeba mé, pro někoho možná až příliš naléhavé a příkré, reakce. Zde je na místě zdůraznit, že já sám jsem pro legislativní omezení nadměrného a zbytečného používání glyfosátu, stejně jako jiných, skutečně toxických pesticidů, nikoliv však pro jeho generelní zákaz. Podezření na jeho škodlivost, popř. toxicitu, ještě nedává právo zakazovat jeho uvážené používání, tím spíše pro soukromé účely (já sám jej při renovaci vegetace uměřeně používám, viz fotografie). Bohužel některé státy, jako např. Nizozemí, Srí Lanka či některé státy latinské Ameriky, tak již bez pádného důvodu činí. Říkám to i přesto, že v lednu 2017 se v respektovaném online žurnálu vydavatelství Nature objevil první, skutečně odborný článek poukazující na jistou chronickou hepatotoxicitu ve spojení s vystavením se ultra nízkým dlouhodobým dávkám roundupu (tedy účinné směsi látek, nikoliv čistého glyfosátu, na což autoři ve studii příkladně upozorňují) [1]. Nicméně, jak sami autoři studie uvádějí, jejich závěry je nutné potvrdit dalším endokrinologickým výzkumem, jiné podobné kvalitní studie zjevnou toxicitu glyfosátu zatím nepotvrdily [2, 3]. A právě takovéto dosud ne zcela přesvědčivé a málo robustní výsledky k úplnému zákazu čehokoliv neopravňují.

Za druhé se autor reakce na můj příspěvek domnívá, že jeho vyznění může u laické veřejnosti vzbudit dojem, že připravované zvýšení účinnosti čištění vody na úpravnách, které se promítne do nákladů za stočné, je tímto zbytečné a neopodstatněné. S tímto názorem si dovoluji nesouhlasit. Časopis VTEI je určen když už ne přímo odborníkům ve vodárenství a vodním hospodářství, tak především veřejnosti odborné, která podobného dojmu jistě nenabude a za podobné věcné a podnětné diskuse bude spíše vděčná. Přes upozornění SOVAK ČR na nevhodnost zařazení mého příspěvku do časopisu VTEI, zaměřeného na ochranu vodního prostředí (avšak nejen tu), jsem rád, že se podobná diskuse mohla právě na stránkách časopisu VTEI rozvinout.

Posted by & filed under Ze světa vodního hospodářství.

Akce pořádané ČVTVHS v roce 2016

V roce 2016 pokračovala standardní činnost, kdy se desetkrát sešel výbor společnosti, z toho jednou na výjezdním zasedání. Valná hromada se konala 25. května na Novotného lávce, byla nevolební a zúčastnilo se jí 41 účastníků s celkovou vahou 102 hlasů ze 156 možných, čímž byla v celém svém průběhu VH usnášeníschopná. Došlo k drobné úpravě Pravidel pro správu ČVTVHS, z. s., a čestným členem byl jmenován Ing. Eduard Hanslík, CSc., jako ocenění jeho mnohaleté práce v oblasti radioekologie. Loni jmenovaní likvidátoři tří pobočných spolků pokračovali v úkonech požadovaných pro likvidaci a na konci roku byly podány Městskému soudu v Praze návrhy na jejich výmaz ze spolkového rejstříku. V tomto roce bylo ukončeno uzavírání nových smluv s přidruženými členy.

CVTVHS

V plánu roku 2016 bylo čtrnáct odborných akcí, přičemž některých jsme se účastnili pouze organizační, propagační či personální spoluprací (Voda a pracovní příležitosti, Pitná voda 2016, Přehradní dny 2016 a Vodní toky 2016). Tradiční seminář Podzemní voda ve vodoprávním řízení XIII se neuskutečnil pro úmrtí odborného garanta Ing. R. Muzikáře, CSc., a je připravován až pro rok 2017. O ostatních odborných akcích dále uvádíme jejich stručnou rekapitulaci.

 

  • Radionuklidy a ionizující záření ve vodním hospodářství XXIV

Konference se uskutečnila 2.–4. května v Clarion Congress Hotelu v Českých Budějovicích s odbornou garancí Ing. E. Hanslíka, CSc., (OS OVČV a VÚV TGM) za účasti 58 odborníků, z toho 50 z České republiky a 8 ze Slovenska. Při konferenci bylo předneseno 14 přednášek, které byly otištěny v následně vydávaném sborníku. Odpoledne 3. května se uskutečnila zajímavá exkurze v Informačním středisku Jaderné elektrárny Temelín (Zámeček). V závěru jednání bylo doporučeno uspořádat již XXV. konferenci Radionuklidy a ionizující záření ve vodním hospodářství v roce 2018.

  • Vodovody a kanalizace – hlavní problémy správy, provozu a investičního rozvoje

Seminář se konal 11. května v sále 217 na Novotného lávce. Odborným garantem byl Ing. J. Plechatý – předseda OS Vodovody a kanalizace a předseda představenstva VRV a. s. Semináři byla udělena akreditace MV. Jednání se účastnilo 85 osob, s výraznou většinou pracovníků OÚ a KÚ – bylo jich 51. Během jednání bylo předneseno šest vystoupení a použité prezentace byly vyvěšeny na webových stránkách ČVTVHS. Celkově lze konstatovat, že seminář se setkal s vesměs velmi dobrou odezvou účastníků, což se projevilo v závěrečné diskusi, ve které účastníci přednášeli i konkrétní návrhy na obsahové zaměření příštího semináře, a to zejména na oblast ekonomiky VaK.

  • Valná hromada

Dne 25. května v sále 319 na Novotného lávce se konala Valná hromada za účasti 41 osob, z toho 31 členů (s celkovou vahou hlasů 102 ze 156 možných), 3 čestných hostů (prof. Wolf – předseda ČSVTS, Ing. Hospodka – ředitel odboru na MZe a RNDr. Kubala – předseda SVH). Valná hromada byla nevolební, standardní program proběhl bez závad, největší diskuse se vedla kolem nové formulace nesplněného bodu z loňského usnesení o aktivitě k získání zájmu mládeže o Valné hromadě. Odborným programem byla přednáška na téma Hodnocení příčin a průběhu sucha v roce 2015, kterou měl člen výboru RNDr. Daňhelka, Ph.D., náměstek ředitele ČHMÚ.

  • Národní dialog o vodě – 50 let státních podniků Povodí

Akce s vysoce reprezentativní účastí se uskutečnila 7.–8. června v hotelu Horizont v Peci pod Sněžkou. Jednání zahájil předseda výboru Mgr. Rieder, první blok, kde vystoupili NMZ Ing. Kendík, emeritní ředitel POh Ing. Novák a všichni současní generální ředitelé – Ing. Šebesta, Ing. Pagáč, Ing. Nedoma, RNDr. Hodovský a RNDr. Kubala, řídil místopředseda výboru Ing. Jan Kubát. Druhý blok s vystoupením ředitele VÚV TGM Mgr. Riedera, Ing. Dvořáka, Ph.D., ředitele ČHMÚ, Ing. Mati, obchodního ředitele SOL CZ, DHI, a. s., Ing. Moravce, Ph.D., generálního ředitele společnosti Sweco Hydroprojekt, a. s., Ing. Valdhanse, ředitele a prokuristy VRV a. s., a se závěrečným shrnutím prof. Ing. Broži, DrSc., ČVUT – Fakulta stavební, řídil náměstek ředitele VÚV TGM Ing. Petr Bouška, Ph.D. Národního dialogu o vodě se zúčastnilo 94 účastníků, ale bohužel se nenaplnil předpoklad o tradiční bohaté diskusi. V úterý od sedmé hodiny večer se uskutečnilo za účasti většiny v prostorách hotelu společenské setkání. Druhý den uspořádali pracovníci Povodí Labe pod vedením Ing. Merty exkursi na VD Les Království – výbor tuto součinnost s konáním ND 2016 přivítal a vedení Povodí Labe poděkoval za spolupráci.

  • Nové právní předpisy v oblasti ochrany vod

Seminář se uskutečnil 22. června v sále 217 na Novotného lávce. Odborným garantem byl předseda OS OVČV Ing. Tomáš Mičaník (VÚV TGM, pobočka Ostrava). Akci byla MV udělena akreditace a i zásluhou tohoto se jí zúčastnilo 80 osob. Ing. Mičaník uveřejnil v časopisu VTEI č. 4/2016 podrobnou zprávu o průběhu semináře, který byl účastníky hodnocen jako přínosný. Ti také projevili zájem, aby byl v obdobném zaměření seminář uspořádán i v příštím roce v návaznosti na výsledky legislativního procesu projednávaných relevantních právních předpisů.

  • Aktuální problematika malých vodních nádrží

Seminář se konal 27. září v sále 217 na Novotného lávce pod tradiční odbornou garancí Ing. Poláčka – člena výboru a pracovníka VD TBD, a. s. Zúčastnilo se jej 82 osob, z toho 75 platících a z nich 20 bylo z MÚ či KÚ. Bylo předneseno pět více než hodinových přednášek s navazující bohatou diskusí. Ing. Poláček tlumočil výboru návrh účastníků semináře, aby se další odborná akce podobného zaměření konala opět za dva roky, tj. v roce 2018.

  • Dopad hydrologického sucha na jakost povrchových vod

Akce se uskutečnila 12. října v sále 319 na Novotného lávce s odborným garantem Ing. Mičaníkem – předsedou OS OVČV. Vlastní odborné akce se zúčastnilo 61 odborníků, z toho 52 platících a z nich 10 lidí z MÚ nebo KÚ. Na akci bylo předneseno sedm příspěvků zaměřených na problematiku sucha z různých úhlů, mezi nimiž bylo i vystoupení Mgr. Riedera, zde ale z pozice jednoho ze dvou spolupředsedů Mezirezortní komise VODA­‑SUCHO.

  • Seminář Adolfa Patery – Úloha nádrží při zvládání extrémních hydrologických jevů v povodích

Akce se konala 16. listopadu v sále 417. Odborným garantem byl doc. Dr. Ing. Pavel Fošumpaur (člen výboru a pracovník KHT ČVUT), tradičně společně s prof. Ing. Milošem Starým, CSc. (VUT v Brně, Fakulta stavební), který se tentokrát omluvil z přímé účasti, s prof. Ing. Jánem Szolgayem, Ph.D. (STU v Bratislavě, Stavebná fakulta), a doc. Ing. Ladislavem Satrapou, CSc. (ČVUT v Praze, Fakulta stavební). Doc. Fošumpaur připravil program doporučený na zářijovém jednání výboru a dohodl vstupní přednášky s vybranými odborníky ze všech pěti státních podniků Povodí a také s prof. V. Brožou, DrSc., z ČVUT a prof. Bednárovou, Ph.D., z STU Bratislava (předsedkyně SPV). Semináře se nakonec účastnilo přesně 100 účastníků, z toho 18 ze Slovenska, takže jako vždy to byl seminář se zahraniční účastí. U této odborné akce je tradičně poskytován výrazně snížený vstupní poplatek prezenčním doktorandům, těch se dostavilo osm.

  • Ochranná pásma povrchových zdrojů pitné vody

Seminář se konal 20. prosince v sále 319 na Novotného lávce pod odbornou garancí Ing. B. Müllera, člena kontrolní komise a předsedy OS vodohospodářů seniorů. Semináře se zúčastnilo celkem 88 účastníků. Seminář byl velmi pozitivně akceptován a účastníci projevovali velký zájem i o přístup k použitým prezentacím, které byly na webu ČVTVHS vyvěšeny se zpožděním způsobeným vánočními svátky a dovolenými.

ČVTVHS v roce 2017

Pokud jde o odborné akce v roce 2017, lze v této chvíli uvést několik záměrů, které se časem budou zpřesňovat a nepochybně i doplňovat dalšími:

  • Hydrologie malého povodí

Jedná se o tradiční, již šestou konferenci s mezinárodní účastí, která se bude konat 18.–20. dubna 2017 v sálech 217 a 213 a jejím odborným garantem bude jako vždy Ing. Miroslav Tesař, CSc., člen výboru ČVTVHS, z. s., a vědecký pracovník Ústavu hydrodynamiky AV ČR. Pozvánky s přihláškami účasti i přednesení příspěvku či přípravy posteru byly rozeslány, předběžný rozpočet byl projednán a schválen a vede ke vložnému ve výši 3 872 Kč včetně DPH. Vložné zahrnuje i náklady na občerstvení, obědy i večerní raut a také na vydání sborníku na kvalitním flash disku, což je novinka letošní konference. Snížené vložné pro členy ČVTVHS a pracovníky OÚ a KÚ nebude při této akci využito.

  • seminář VaK

Seminář se bude konat v sále 319 dne 3. května 2017, podle doporučení účastníků loňského semináře bude pravděpodobně zaměřený na ekonomiku VaK. Odborným garantem semináře bude Ing. Jan Plechatý, člen výboru a předseda představenstva VRV a. s., který předpokládá, že zájem o seminář projeví nejvíce zástupci menších obcí a zjistí, zda pro ně má význam případná akreditace akce u MV, protože to by znamenalo nárok na včasné uzavření programu akce a seznamu přednášejících.

  • Sedimenty vodných tokov a nádrží

Jedná se o osmou konferenci tohoto zaměření s mezinárodní účastí, která se bude konat 17.–18. května 2017 v Bratislavě a ČVTVHS, z. s., se bude podílet na její přípravě zejména informační a propagační formou. Odborným garantem je Ing. Pavel Hucko, CSc., předseda Slovenské vodohospodářské společnosti a přední pracovník Výskumného ústavu vodného hospodárstva v Bratislavě.

  • Valná hromada ČVTVHS, z. s.

Zasedání se bude konat v sále 319 dne 24. května 2017 a bude stejně jako loni nevolební. Příprava na ni bude součástí březnového a dubnového jednání výboru.

  • 18th International Conference on Transport and Sedimentation of Solid Particles

ČVTVHS, z. s., se bude spolupodílet na organizaci mezinárodní konference, kterou pořádá 11.–15. září 2017 v sále 319 na Novotného lávce jako hlavní organizátor Ústav hydrodynamiky AV ČR s odbornou garancí prof. Ing. Pavla Vlasáka, DrSc., nám. ředitele ÚH AV ČR.

  • Vodní nádrže

Konference se bude konat 3.–4. října v Brně v hotelu Holiday Inn pod organizační a odbornou gescí Povodí Moravy, s. p. ČVTVHS se bude podílet na přípravě konference. V této době se připravuje k rozeslání 1. cirkulář.

  • Podzemní voda ve vodoprávním řízení XIII

Seminář, který se loni po mnoha letech ze závažných důvodů nekonal, se uskuteční 25. října 2017 na Novotného lávce v sále 217. Odborným garantem bude RNDr. Jitka Novotná z GEOtestu, a. s., Brno.

  • Seminář Adolfa Patery (SAP 2017)

Seminář bude opět zaměřen na extrémní hydrologické jevy v povodích a bude se konat 13. listopadu 2017 v sále 217 na Novotného lávce. Tradičním odborným garantem semináře bude doc. Ing. Pavel Fošumpaur, člen výboru a vedoucí pracovník Katedry hydrotechniky Stavební fakulty ČVUT.

  • Vodní toky

Tradiční konference s mezinárodní účastí se bude konat 21.–22. listopadu 2017 v hotelu Černigov v Hradci Králové, hlavním organizátorem je VRV a. s. ČVTVHS, z. s., se stejně jako všechny podniky Povodí spolupodílí na přípravě a organizaci.

Posted by & filed under Hydraulika, hydrologie a hydrogeologie.

Souhrn

Článek se zabývá hydraulickým výzkumem proudění v oblasti oblouku v lokalitě Podkrušnohorského přivaděče (PKP IV – ř. km 2,812–2,736). Koryto přivaděče v oblouku je lichoběžníkového průřezu se sklonem stěn 9 : 1. Proudění je převážně bystřinného charakteru.

Obr. 1. Podkrušnohorský přivaděč
Fig. 1. Podkrušnohorský canal

Měření probíhala na fyzikálním modelu v měřítku 1 : 15, který byl postaven členy katedry hydrotechniky ve vodohospodářské laboratoři Fakulty stavební, ČVUT. Na fyzikálním modelu byly měřeny rychlosti a hladiny v celkem devíti profilech. Dále byl sestaven 3D matematický model v programu Ansys CFX, na kterém je možné kromě rychlostí a hladin pozorovat tvar proudového pole. Cílem výzkumu je vyhodnocení proudění v oblasti oblouku v režimu bystřinného proudění pomocí metod hybridního modelování a také verifikace matematického modelu pomocí hodnot naměřených na modelu.

Úvod

Přivaděč je soustava vodních kanálů, podzemních potrubí, nádrží a akvaduktu na Mostecku. Jeho výstavba probíhala v letech 1957–1982. Soustava se skládá z Přivaděče průmyslové vody a z Podkrušnohorského přivaděče. Účelem této 33,8 km dlouhé soustavy kanálu je ochrana před průnikem povrchových vod do hnědouhelných lomů Libouš, Šverma, Obránců míru a ČSA. Další funkcí je přivádět vodu z povodí řeky Ohře pro průmysl na Chomutovsku a Mostecku.

Zkoumaný oblouk se nachází v úseku PKP IV – ř. km 2,812–2,736, který se nachází u obce Vysoká Pec (obr. 1, 2). Úsek má lichoběžníkový profil se sklony stěn 9 : 1 a šířky ve dně 3,6 m, podélný sklon je 4,7 %, poloměr oblouku je 60 m. Jeho celková délka je necelých 80 m [1].

Obr. 2. Mapa PKP
Fig. 2. Map of PKP

Fyzikální model

Modelové podmínky

Model byl sestaven členy katedry hydrotechniky ve vodohospodářské laboratoři Fakulty stavební, ČVUT v rámci výzkumného projektu PPV a PKP – doplnění bezpečnostních prvků v korytě toku.

Pro fyzikální model bylo zvoleno měřítko 1 : 15 a přístup podle Froudova zákona podobnosti. U tohoto typu modelové podobnosti jsou vyjádřeny podmínky dynamické podobnosti hydrodynamických jevů za výhradního působení gravitačních sil.

Obr. 3. Fyzikální model PKP
Fig. 3. Physical Model of PKP

Kromě gravitačních sil však mohou zkoumané proudění ovlivňovat i další síly – odpor třením vazké kapaliny, síly kapilární, síly objemové apod. Podle Froudova zákona podobnosti můžeme určitý hydrodynamický jev zkoumat tehdy, jestliže účinky těchto sil jsou zanedbatelné v porovnání s gravitačními silami. Mezní podmínky vymezují oblasti a měřítka, v nichž lze hydrodynamický jev modelovat.

Kinematicky podobné jevy, které ovlivňuje výhradně gravitační síla, jsou dynamicky podobné, jestliže ve vzájemně příslušných průřezech budou stejná Froudova čísla. Fyzikální model v měřítku 1 : 15 odpovídá všem podmínkám [2, 3].

Na základě modelových podobností vyplývají pro použité geometrické měřítko 1 : 15 následující podmínky:

Geometrické měřítko:      Mh = Ml = Mb = 15    

Měřítko rychlostí:            Mv = M1/2 l = 3,87

Měřítko průtoků:             MQ = M 5/2 l = 871,42

Měřítko časů:                 Mt = M1/2 l = 3,87

Popis modelu

Model, viz obr. 3, je tvořen uklidňovací a nátokovou nádrží, celkem 21 příčnými profily vymezujícími tvar modelu (10 profilů před objektem (vývarem) tvořící zatáčku, 6 profilů objektových a 5 profilů za objektem). V rámci této práce je pozornost zaměřena pouze na prvních 10 profilů před objektem vývaru.

Měřené veličiny

Rychlostní pole bylo měřeno pomocí dvou hydrometrických vrtulek typu STS 005 firmy Erfisinger electronic GmbH a dataloggeru. Získaná hodnota rychlosti je průměrná hodnota z 30 sekund měření. Měření probíhalo v každém profilu v 5 bodech v jednotlivých hloubkách. Rastr měření je vidět v tabulce 1. Celkem bylo měřeno 8 profilů, a to profil č. 3 až profil č. 10.

Tabulka 1. Měřené rychlosti – profil 6
Table 1. Measured velocity – profile 6

Měřené hloubky (obr. 4) byly převzaty z předešlých měření v rámci výzkumného projektu PPV a PKP – doplnění bezpečnostních prvků v korytě toku. Polohy hladin byly měřeny v každém profilu ve čtyřech bodech. Jako měřicí zařízení sloužily ultrazvukové sondy. Frekvence odečtu sond je 10 Hz a hodnoty hladin jsou následně získány jako průměr přes 10sekundový interval na každém profilu.

Obr. 4. Podélný profil
Fig. 4. Longitudinal profile

Měření probíhala v ustáleném režimu, kdy byla horní okrajová podmínka nastavena průtokem. Dolní okrajová podmínka byla tvořena nezatopeným výtokem. Rychlostní pole na modelu bylo měřeno celkem na šesti průtocích, a to 5, 10, 20, 30, 40 a 50 m3.s-1.

Matematický model

V rámci výzkumu byl sestaven matematický model, který se skládá z nátokové nádrže a zkoumané části oblouku ukončené před vývarem (obr. 5).

Výpočetní síť byla vytvořena v programu ICEM CFD, který je součástí platformy ANSYS Workbench. Byla vytvořena strukturovaná síť (mesh) o maximální velikosti elementu 1 m. V místě oblouku byla síť zahuštěna na maximální velikost elementu 30 cm, aby nedocházelo ke zkreslení proudění v oblouku. Celkový počet elementů tak dosáhl 1 126 315.

Obr. 5. Geometrie matematického modelu
Fig. 5. Geometry of the numerical model

Pro samotný výpočet byl použit program CFX, který je také součástí platformy ANSYS Workbench. Horní i dolní okrajová podmínka byla nastavena pomocí hladiny, které na fyzikálním modelu odpovídaly průtoku 50 m3.s-1. Tento průtok pak sloužil pro kalibraci modelu. Kalibrace probíhala pomocí drsnosti stěn, kde počáteční hodnota drsnosti 0,014 byla měněna až na tzv. hladkou stěnu (no slip wall) [4, 5]. Model byl nastaven tak, aby umožňoval proudění s volnou hladinou (dvoufázové proudění voda­‑vzduch). Samotný výpočet je nastavený jako ustálené proudění.

Obr. 6. Tvar hladiny z matematického modelu
Fig. 6. The shape of water level of the numerical model

Vyhodnocení

Rychlostní pole byla vyhodnocena pro návrhový maximální průtok 50 m3.s-1. Rychlosti byly vykresleny pomocí plošné interpolace do jednotlivých profilů (obr. 6 a 7). Maximální rychlosti dosahovaly téměř 9 ms-1. Rozložení rychlostí v jednotlivých profilech je plynulé, z toho lze vyvodit, že v celém oblouku nedochází k velkým turbulencím.

Obr. 7. Rychlosti profil 3
Fig. 7. The velocity profile 3

 

Obr. 8. Rychlosti profil 6
Fig. 8. The velocity profile 6
Obr. 9. Rychlosti profil 9
Fig. 9. The velocity profile 9

Matematický model umožnil popsat proudová pole. Na základě pozorování hladiny se očekávalo značně turbulentní proudění a šroubovitý tvar proudnic v druhé polovině oblouku. Oproti tomuto předpokladu se ukázalo, že proudnice jsou téměř plynulé a jsou plynulé v celé délce oblouku, viz obr. 8, 9 a 10.

Obr. 10. Proudnice
Fig. 10. Streamline

Závěr

V rámci výzkumu bylo zkoumáno proudění v oblouku s velkým sklonem dna a bystřinným charakterem proudění. Metodou hybridního modelování bylo možné vyhodnotit nejen rychlosti v jednotlivých profilech, ale také proudová pole v tomto úseku, které bylo možno určit po úspěšné verifikaci matematického modelu z naměřeného průběhu hladin na fyzikálním modelu. Výzkum ukázal, že při vysokém sklonu dna i při velkých průtocích nedochází k turbulentnímu proudění v obloucích.

Poděkování

Tento příspěvek vznikl za podpory grantu SGS16/059/OHK1/1T/11 Výzkum hydraulicky komplikovaného proudění vody na hydrotechnických stavbách.

Posted by & filed under Hydraulika, hydrologie a hydrogeologie, Informatika, kartografie ve vodním hospodářství.

Souhrn

Příspěvek se zabývá vývojem půdního povrchu bez vegetace pomocí metody stereofotogrammetrie. Popisuje a porovnává změny půdních vlastností na čtyřech typech kultivace půdy. Vyhodnocení je zaměřeno na změny drsnosti půdního povrchu a konsolidace v důsledku přirozeného sesedání, působení dešťových srážek a vysychání.

Pro každý druh obdělávání bylo vytvořeno pět experimentálních ploch na zemědělském pozemku u obce Červený Újezd ve Středních Čechách. Experimenty byly prováděny ve dvou etapách od podzimu do jara roku 2015/2016. Hlavním cílem bylo především pokrýt období, ve kterém se na zemědělských pozemcích vyskytují holé půdy bez vegetačního pokryvu. Výsledky ukazují velkou závislost měřených veličin především na přívalových srážkách, které se na experimentálních plochách vyskytly v říjnu 2015 a především v květnu a červnu roku 2016. Největší změny byly zaznamenány na plochách zpracovaných pomocí pluhu, které již od počátku měření dosahovaly nejvyšších hodnot drsnosti půdního povrchu a zároveň byly zpracovány do největší hloubky.

Úvod

Eroze půdy je dlouhodobý problém nejen v ČR, kde je stále ohroženo až 50 % zemědělské půdy erozí vodní a téměř 10 % erozí větrnou [1]. Na výskyt vodní eroze mají vliv především geomorfologické a pedologické podmínky, výskyt a rozložení srážek a svůj nezanedbatelný vliv má také zemědělská produkce, která značně ovlivňuje a mění vlastnosti půdy během roku. Množství smyvu v erozním odtoku je závislé nejen na uvolnění částic půdy srážkou, ale rovněž na rychlosti povrchového odtoku a vznikajícím tečném napětí na povrchu půdy. Rychlost proudění i retence vody na půdním povrchu jsou přímo závislé na jeho drsnosti [2]. Pro výzkum drsnosti povrchu půdy byl vytvořen tento experiment, který má za úkol popsat vývoj holé půdy po provedení různých druhů kultivace. S využitím stereofotogrammetrie byl popsán vývoj povrchu zemědělské půdy pod vlivem přirozených dešťů a přirozeného sesedání v časové řadě od provedení kultivace. Experiment se zabýval vývojem čtyř různých úprav povrchů půdy, které vznikly odlišnými technologiemi zpracování ve dvou různých časových řadách od podzimu roku 2015 do jara roku 2016.

Obr. 1. Testované plochy A–D: použitá mechanizace obdělání – fotografie terénu – 2x převýšený DMT [6]
Fig. 1. Experimental plots A–D: cultivation machinery – photography of soil surface – Digital Elevation Model (vertical exaggeration of 2 times) [6]

Způsob výpočtu eroze pomocí Revidované univerzální rovnice ztráty půdy (RUSLE) byl motivací k tomuto experimentu [2]. RUSLE oproti původní a dosud nejčastěji užívané metodě výpočtu erozního smyvu pomocí Univerzální rovnice ztráty půdy (USLE) [3] zahrnuje mimo jiné do svého výpočtu vliv drsnosti půdního povrchu, který se s časem po kultivaci mění [2].

Tento vliv je zahrnut ve výpočtu C faktoru, který dále zahrnuje subfaktory popisující vliv zakrytí povrchu porostem, půdního pokryvu, předchozího využívání pozemku, vlhkosti půdy a drsnosti půdního povrchu. Samotný subfaktor drsnosti závisí mimo jiné na provedené technologické operaci (druhu kultivace) s experimentálně určenou počáteční drsností, která se pod vlivem dešťových srážek s časem snižuje [2].

Pro půdy a klima v podmínkách střední Evropy však kalibrační data parametru počáteční drsnosti půdního povrchu chybí a používají se hodnoty uvedené v [2]. To, jakým způsobem a jak se drsnost půdního povrchu mění pro konkrétní způsoby kultivace půdy, je předmětem prezentovaného výzkumu, který může přispět k revizi těchto hodnot a tím i zpřesnění výpočtu eroze půdy ve středoevropských podmínkách.

Metodika

Hlavní cíle a úkoly tohoto výzkumu byly stanoveny ve spolupráci s vědci z rakouské instituce BAW­‑IKT (Federal Agency for Water Management Austria, Institute for Land and Water Management Research), kteří se zabývají výzkumem půdy a vodního hospodářství. Ti zároveň provádí podobný výzkum poblíž rakouského města Petzenkirchen. Cílem jejich a našeho výzkumu je po ukončení experimentu spojit a porovnat získaná data, čímž bude tento výzkum obohacen o další sadu dat a výsledků.

Pro měření konsolidace a drsnosti půdy bylo využito stereofotogrammetrické metody, která má své výhody v tom, že neovlivňuje měřicí plochu, má v závislosti na použitém fotoaparátu vysokou přesnost v řádu milimetrů v každém směru a náklady na realizaci jsou relativně nízké (oproti např. laserové technologii) [4]. Základním principem této metody je vytvoření digitálního modelu terénu (DMT) ze snímků experimentální plochy. Snímků bylo pořizováno pro každou plochu celkem osm. Vždy byly pořizovány čtyři fotografie v šikmém směru (pod přibližným sklonem 45°) z každé strany referenčního rámu a další čtyři snímky (stereofotografie) byly foceny ze svislého směru z přibližné výšky 160 cm. Jedná se vždy o dvě stereodvojice, které jsou navzájem na sebe kolmé (snímky ve stereo dvojici jsou od sebe vzdáleny cca 50 cm) [5].

Tabulka 1. Porovnání hloubek zpracování půdy
Table 1. Comparison of cultivation depth

Pro parametrizaci půdní drsnosti byl z mnoha jiných parametrů zvolen náhodný index drsnosti (rrAR), který je nejběžněji využívaný [5]. Ten se vypočítá jako směrodatná odchylka výškových hodnot v logaritmickém měřítku, z nichž se následně odstraní 10 % horních a spodních hodnot. Tento index je zakomponován také v RUSLE, kde jeho negativní exponenciální korelace mezi drsností půdního povrchu a půdní erozí vysvětluje efekt snížení drsnosti v čase.

Dalším sledovaným parametrem na začátku a na konci obou sérií měření byla objemová hmotnost a vlhkost půdy ovlivněné kultivací povrchu. Výzkum byl proveden rovněž v rámci zpracování diplomových prací studentky Moniky Macháčkové v roce 2015/2016 [6] a navazující práce studenta Martina Floriana v roce 2016 [7].

Experimentální měření

Měření bylo prováděno na experimentálních plochách, které se nachází ve Středočeském kraji přibližně 10 km západně od Prahy u obce Červený Újezd na pozemcích, které vlastní Výzkumná stanice České zemědělské univerzity. Půdním typem se jedná o hnědozem. Terén je v oblasti rovinatý, a tedy zajišťuje dobrý vsak srážkových vod. Půda je mírně až středně pórovitá (45–50 % objemu), obsahuje malé množství humusu (1–2 %), má nižší sorpční kapacitu (8–17 mmol+/100 g) a je slabě kyselá (pH = 5,6–6,5). Průměrná nadmořská výška území je 405 m n. m. [6].

Způsoby kultivace

V rámci experimentu byly porovnávány čtyři druhy obdělávání půdy pomocí radličkového kypřiče (pole A), rotavátoru (kypřič s horizontálním rotorem) (pole B), talířového podmítače (pole C) a pluhu (pole D), které se lišily kromě použité mechanizace také hloubkou zpracování (tabulka 1obr. 1). Pro každou z těchto úprav A–D bylo vytvořeno pět experimentálních ploch 1 až 5.

Referenční rám

K přesnému vyhodnocování změn na jednotlivých vzorcích půdy byl použit jednoduchý hliníkový referenční rám o rozměrech 1,2 × 1,2 m, který byl usazován na stále stejná místa pomocí železných tyčí nad jednotlivými experimentálními plochami. Na rámu jsou umístěny referenční terče o velikosti 5 × 5 cm, které slouží k určení místních souřadnic (viz obr. 2).

Obr. 2. Referenční rám a způsob jeho uchycení na testovanou plochu [6]
Fig. 2. Reference frame and its fixation above experimental plots [6]

Série měření

Pro popis vývoje konsolidace a drsnosti půdy byly provedeny dvě série měření. Každá série zahrnovala měření v určitých časových intervalech, které se od počátku kultivace povrchu postupně zvětšovali s tím, jak se změna drsnosti či konsolidace postupně zpomalovala. Přibližný časový odstup byl 0–1–3–5–7–7–14–14–21–21 dní, přičemž pokud se nad místem vyskytla významná srážková událost, bylo měření provedeno následující den. Seznam provedených měření je uveden v tabulce 2. Pro měření byl použit fotoaparát SONY NEX-5N, 5R (rozlišení 16,1 Mpx) a A-6000 (rozlišení 24,3 Mpx) s objektivem SONY s pevným ohniskem 16 mm a zoomem 18–55 mm. Pro každou kombinaci fotoaparátu a objektivu byly vytvořeny kalibrační soubory, které slouží k vyloučení vzniklých optických deformací snímku.

Tabulka 2. Seznam provedených měření během 1. a 2. série experimentů
Table 2. List of data collecting during 1st and 2nd stage of measurement

Celkem bylo provedeno a vyhodnoceno 13 experimentů z 1. série měření a 6 experimentů z 2. série. To zahrnovalo vyhodnocení celkem 380 dílčích ploch s celkovým počtem 3 040 snímků.

Během provádění experimentů byla sledována také data ze srážkoměrné stanice umístěné v rámci Výzkumné stanice ČZÚ, které poskytl Ing. Pavel Cihlář, Ph.D. Celkový úhrn srážek během 1. série měření byl 223,0 mm (během prvních srovnatelných a zde prezentovaných 60 dní to bylo 89,2 mm) a 103,5 mm během 2. série experimentů. Více než celkové úhrny jsou však důležitější maximální hodinové a denní srážkové úhrny, které se nad daným územím vyskytovaly především v jarních měsících. Zatímco během 1. série měření dosáhly maximální hodnoty 21,1 a 13,8 mm/24 hod, během 2. série to bylo 48,4 a 26,4 mm/24 hod.

Vyhodnocení

Základní postup vyhodnocení snímků zahrnoval vytvoření bodového mračna pomocí softwaru PhotoModeler Scanner. Každé mračno bodů popisuje povrch nafoceného terénu pomocí souřadnic X, Y a Z s počátkem ve středu jednoho z referenčních terčů na rámu. Tato mračna byla dále zpracovávána v programu ArcMap 10.3, kde z nich byly vytvořeny výsledné DMT (viz obr. 7) s velikostí pixelu 1 mm nad plochou 1 × 1 m uvnitř referenčního rámu. Výsledný počet bodů nad touto plochou se pohyboval přibližně od 800 000 do 1 000 000 bodů v případě fotoaparátu SONY NEX-5N a přibližně od 1 400 000 do 1 600 000 bodů při použití SONY ILCE-6000. Tyto DMT jednotlivých ploch byly dále vyhodnocovány a porovnávány mezi sebou.

Mezi hlavní dvě sledované veličiny patří drsnost půdního povrchu a konsolidace. Drsnost půdního povrchu je reprezentována jako směrodatná odchylka skutečné výšky terénu od průměrné výšky stejně, jako je tomu při výpočtu subfaktoru drsnosti v RUSLE. Konsolidace půdy je uvažována jako pokles průměrné výšky povrchu terénu na sledované ploše 1 × 1 m. Vzhledem ke stručnosti tohoto příspěvku zde prezentované výsledky sledují vývoj průměrné drsnosti a konsolidace ze všech pěti testovaných ploch z každého způsobu obdělávání A–D. V diplomových pracích studentů bylo porovnání provedeno i v rámci jednotlivých testovaných ploch 1–5.

Konsolidace půdy

Výsledky na obr. 3 ukazují průběh konsolidace během 1. série experimentu. Z grafu je patrné, že nejvyšších změn dosahují všechny testované plochy s příchodem prvních dešťů, tj. mezi dny 10–12 a následně mezi dny 17–22. Tento výrazný pokles je způsoben především vysokým úhrnem srážek, kdy za tuto dobu spadlo 50,8 mm z celkových 89,2 mm, tj. cca 57 % celkového úhrnu.

Obr. 3. Konsolidace půdy – experiment 1 [7]
Fig. 3. Soil consolidation – 1st stage [7]

Obrázek 4 zobrazuje průběh konsolidace během 2. série experimentu. Z grafu je opět patrný skokový pokles půdy po přívalovém dešti okolo 31. dne, kdy celkový úhrn dosáhl 48,4 mm/24 hod. Následně stejná situace se opakuje mezi 38.–42. dnem, kdy došlo k úhrnu 26,4 mm/24 hod.

Obr. 4. Konsolidace půdy – experiment 2 [7]
Fig. 4. Soil consolidation – 2nd stage [7]

Z hlediska porovnání ploch podle kultivace je zřejmé, že k nejvyšší změně dochází u půdy zpracované pomocí pluhu. To je způsobeno především hloubkou zpracování půdy (hloubka nakypření), která byla v obou sériích nejvyšší právě u plochy D a dosahovala přibližně 14 a 30 cm oproti např. ploše C, kde byly tyto hodnoty pouze 5 a 10 cm (viz tabulka 1). Dalším důležitým faktorem ovlivňující konsolidaci je velikost a tvar vytvořených půdních agregátů a s tím související množství pórů ve svrchní vrstvě půdy. U plochy D zkultivované pomocí pluhu je právě velikost těchto agregátů nejvyšší a s tím i prostorů, kam se můžou rozpadlé částice uvolnit, a tím snížit průměrnou výšku testované plochy.

Drsnost půdního povrchu

Obrázek 5 zobrazuje průběh drsnosti půdního povrchu během 1. série experimentu. Stejně jako v případě konsolidace i drsnost povrchu je významně ovlivňována srážkami, které způsobují rozpad půdních agregátů na menší shluky půdních částic. Největší změny jsou patrné opět kolem 10. a 20. dne. Z hlediska počátečních hodnot dosahuje nejvyšší drsnosti pole D zkultivované pomocí pluhu, který za sebou zanechává největší půdní agregáty s velmi rozmanitým tvarem.

 

Obr. 5. Drsnost půdy – experiment 1 [7]
Fig. 5. Soil roughness – 1st stage [7]

Stejná situace se opakuje i ve druhé sérii měření (obr. 6), kde k zásadní změně dochází opět okolo 31. dne, kdy došlo k velké srážkové události. Drobné odchylky je možné pozorovat i mezi 3.–10. dnem, kdy dochází k nepatrnému zvýšení drsnosti. To je podle autorů způsobeno použitím jiného fotoaparátu s vyšším rozlišením, tj. fotoaparátu SONY A-6000 s 24,3 Mpx namísto obvyklého fotoaparátu SONY NEX-5N s 16,1 Mpx, který v době několika experimentů nebyl z důvodu opravy k dispozici. Toto vyšší rozlišení fotoaparátu v důsledku vytvoří přibližně o 60 % více bodů (viz kapitola Vyhodnocení), čímž dojde k vyššímu rozlišení terénních nerovností, které se při menším rozlišení neprojeví, a tím pádem ke zvýšení hodnot drsnosti.

 

Obr. 6. Drsnost půdy – experiment 2 [6]
Fig. 6. Soil roughness – 2nd stage [6]

Srovnání jednotlivých ploch A–D mezi sebou se v jistém ohledu podobá výsledkům konsolidace. Nejvyšších hodnot dosahuje drsnost u plochy D, kde kultivace pomocí pluhu za sebou zanechává největší půdní agregáty. To do jisté míry souvisí i s největší hloubkou záběru. Z hlediska porovnání ostatních způsobů kultivace, nejvíce podobných výsledků je dosaženo u ploch A a C, tj. kultivace pomocí radličkového kypřiče a talířového podmítače. Použití rotavátoru u plochy B v obou případech za sebou zanechává nejhladší povrch s minimem nerovností.

Obr. 7. Viditelné změny povrchu půdy na začátku a konci 2. série experimentů
Fig. 7. Noticeable changes of soil surface between the beginning and the end of 2nd stage of experiments

Závěr

Výzkum vývoje povrchu holé půdy bez vegetace přinesl výsledky, které ukazují, jak se testovaná půda chová v závislosti na počáteční úpravě povrchu a přirozených vlivech. Výsledky ukazují, jak konkrétní úprava povrchu půdy může přispět k zadržení vody v krajině a omezení vodní eroze. Z tohoto pohledu je možné jako nejméně vhodné zpracování označit kultivaci pomocí rotavátoru (pole B), kdy vznikne drobtovitá struktura s velmi jemnými částicemi, naopak jako nejvhodnějším se jeví zpracování půdy pomocí pluhu (pole D), kde vzniklé půdní agregáty tvoří významné prohlubně a překážky.

Důležité je zmínit, že uvedené způsoby kultivace nejsou jedinými způsoby kultivace a často jsou mezi sebou provázány. To je příklad právě orby pomocí pluhu, po kterém běžně přichází na řadu úprava vláčením, při kterém se povrch přibližuje svými vlastnostmi povrchu upraveného např. pomocí rotavátoru.

Ze jmenovaných vnějších činitelů mají největší vliv na změnu vlastností povrchu půdy srážky, které způsobují největší změny z hlediska snižovaní drsnosti a tím i souvisejícím celkovým poklesem půdy. Rozsáhlejší příspěvek bude po doplnění o data rakouských kolegů z BAW­‑IKT publikován během roku 2017.

Poděkování

Tento výzkum byl podpořen projektem QJ1330118 – Monitoring erozního poškození půd a projevů eroze pomocí metod DPZ, projektem 7AMB14AT020 – Výzkum vlivu krajinné matrice na odtokový režim, erozní a transportní procesy a kvalitu půdy a projektem QJ1530181 – Stanovení aktuálních hodnot ochranného účinku vegetace za účelem kvantifikace a zefektivnění protierozní ochrany zemědělské půdy v České republice. Poděkování patří také doc. Ing. Milanu Kroulíkovi, Ph.D., a doc. Ing. Václavu Brantovi, Ph.D., z České zemědělské univerzity v Praze za poskytnutí a přípravu experimentálních ploch a kolegům Dipl.-Ing. Thomasi Bauerovi a Dipl.-Ing. Dr. Peteru Straussovi z BAW­IKT za participaci na metodice měření.

Posted by & filed under Hydrochemie, radioekologie, mikrobiologie, hydrobiologie, Aplikovaná ekologie.

Souhrn

Prostřednictvím modelu WaTEM/SEDEM byla modelována erozní ohroženost obcí České republiky. V okolí ohrožených obcí bylo vyhledáno 130 000 kritických mikropovodí, která byla následně rozdělena do pěti kategorií podle míry hrozby vzniku intenzivního erozního odtoku. Modelování poskytlo rozsáhlou databázi téměř 130 tisíc mikropovodí s rizikovými uzávěrovými profily z hlediska produkce sedimentu, klasifikovanými do tříd jednak podle míry hrozby transportu sedimentu, jednak podle rizika vzniku škod v intravilánu obcí. Unikátní datová sada byla poté využita k analýze, jejímž cílem je odpovědět na následující otázky. Jak vypadá průměrné povodí produkující nebezpečné hodnoty smyvu? Které jsou klíčové parametry pro produkci splavenin a jejich transport plošným a soustředěným odtokem? Je možno spolehlivě identifikovat rizikový bod a zdrojovou plochu (dílčí povodí) pomocí jednoduchých metod na základě všeobecně dostupných parametrů? Analýza byla zaměřená na význam 11 faktorů popisujících využití území, morfologické a morfometrické charakteristiky povodí a půdní a srážkové charakteristiky z hlediska jejich vlivu na míru rizika vzniku erozního odtoku. Jako riziková se ukazují velká povodí konvergentního tvaru s výrazným sklonem v místech v okolí uzávěrového profilu.

Úvod

Eroze půdy a transport splavenin po přívalových srážkách jsou celosvětovým problémem, který má za následek narušení zdrojů v krajině (zhoršení kvality orné půdy a vodních zdrojů). Zároveň může způsobit rozsáhlé škody na infrastruktuře obcí a dokonce přímo ohrožovat životy jejich obyvatel [1]. Ve třetině členských států OECD je více než 20 % zemědělské půdy ohroženo střední až intenzivní erozí [2]. Na území České republiky je v důsledku kolektivizace a intenzifikace zemědělství erozí ohroženo nejméně 50 % zemědělské půdy [3]. Vodní toky jsou pak následně ohroženy transportem splavenin. To se projevuje nejen degradací zemědělské půdy, vodních toků a nádrží, ale také zanášením obcí a poškozením infrastruktury.

S cílem navrhnout koncepční postupy pro hodnocení a klasifikaci rizikových lokalit ohrožených erozí půdy a transportem splavenin byl v letech 2012–2015 řešen projekt s názvem Erozní smyv – zvýšené riziko ohrožení obyvatel a jakosti vody v souvislosti s očekávanou změnou klimatu (projekt Ministerstva vnitra ČR s číslem VG20122015092).

Stěžejní částí řešení projektu bylo určení kritických bodů na území celé České republiky, kde eroze půdy a transport splavenin ohrožuje objekty v obcích, sídelní infrastrukturu, vodní zdroje, vodní útvary využívané k rekreaci a další objekty vyžadující ochranu. A to vše jak pro současné podmínky, tak i pro podmínky očekávané změny klimatu. Výsledkem je soubor téměř 130 000 lokalit, které byly určeny jako potenciálně rizikové s různou mírou nebezpečí ohrožení erozními splaveninami. Po kalibraci na rozsáhlých modelových oblastech byl pro celé území ČR k výběru rizikových lokalit využit simulační model WaTEM/SEDEM.

Obr. 1. Riziko erozního smyvu v současných klimatických podmínkách bez aplikace opatření – výstup webové aplikace [4]
Fig. 1. Current erosion transport risk level – output from web application [4]
Obr. 2. Riziko erozního smyvu v současných klimatických podmínkách při trvalém zatravnění – výstup webové aplikace [4]
Fig. 2. Erosion transport risk level – arable land converted into grassland – output from web application [4]

Rizikové lokality i účinnost možných adaptačních opatření (obr. 12) jsou prezentovány formou mapového portálu a interaktivní webové aplikace [4] na stránkách Hydroekologického informačního systému VÚV TGM (http://www.heis.vuv.cz/).

Riziko vzniku intenzivního erozního odtoku je ovlivněno řadou faktorů. Hlavní z nich jsou zahrnuty v empirické metodě výpočtu erozního smyvu – Univerzální rovnicí ztráty půdy [5], která je rovněž základem zvoleného erozního modelu WaTEM/SEDEM [6]. Pro rozsáhlá území je však modelování časově náročné a získání vhodných datových podkladů může vyžadovat značné finanční prostředky. Proto byla s využitím výstupní databáze všech kritických bodů na území ČR následně provedena doplňující analýza, jejímž cílem bylo posoudit vliv jednotlivých vybraných charakteristik povodí na míru ohroženosti lokality a zjistit zda je možné určit parametry, které jsou klíčové pro produkci a transport splavenin.

Dále prokázat zda a jak spolehlivě je možné na základě všeobecně dostupných parametrů identifikovat rizikové povodí. Tento přístup pak může být využit pro zjednodušení postupu v rámci protierozní ochrany obcí. Lokality určené zjednodušeným postupem na základě kombinace vybraných rizikových charakteristik je možné následně modelovat s větší podrobností, než umožňuje generelní modelování rozsáhlých území.

Literární přehled

Chceme­­­‑li modelovat a následně vyhodnotit míru ohrožení dané lokality z hlediska intenzivního erozního odtoku, je možné využít některého z erozních a transportních modelů pro určení ztráty půdy, resp. intenzity eroze na pozemku nebo v řešeném povodí. Obecně lze modely rozdělit na empirické/statistické, konceptuální a fyzikální [7]. Jednotlivé modely se vzájemně liší požadovanou kvalitou a množstvím vstupů na jedné straně a výslednou kvalitou a reprezentativností poskytovaných výsledků na straně druhé.

Pro určení erozního rizika v rozsáhlých územích jsou nejčastěji využívány empirické modely založené na principu Univerzální rovnice ztráty půdy (USLE), která stanovuje dlouhodobou průměrnou ztrátu půdy v povodí způsobenou plošnou erozí [5, 8, 9]. Jedním z takových modelů je prostorově distribuovaný model WaTEM/SEDEM [6, 10, 11]. Ten poskytuje dostatečně přesný odhad intenzity eroze a transportovaného množství erodovaného materiálu na základě poměrně nízkého počtu vstupních dat [12]. Model byl v minulosti rovněž intenzivně testován a aplikován pro určování transportu splavenin a zanášení nádrží v podmínkách České republiky [13–16].

Míra hrozby intenzivního erozního odtoku v jednotlivých lokalitách je významně závislá na řadě faktorů [17], které mají vliv na průběh srážko­‑odtokové události. Tyto charakteristiky lze rozdělit do několika skupin – morfologické, morfometrické, využití území (přítomnost a stav vegetace) a klimatické (především kvalita půdy a charakteristika srážek).

Nejčastěji sledovanou morfologickou charakteristikou z hlediska vlivu na vznik a intenzitu eroze je sklon, který se ukazuje jako zásadní z hlediska přechodu od narušení půdního povrchu k transportu erodovaných částic po svahu dolů [18]. Velikost sklonu pozemku či povodí má velký význam z hlediska účinnosti některých protierozních opatření [19]. Sklon povodí je významně spjat s využitím území [20]. Pozemky s vyšším sklonem, které jsou náchylnější ke vzniku intenzivní eroze, jsou často využívány způsobem, který naopak riziko eroze snižuje (vegetační kryt s vyšším půdo­ochranným účinkem). Z tohoto důvodu pak může paradoxně docházek k větším erozním škodám na pozemcích, kde není sklon příliš vysoký. V takovém případě roste vliv délky svahu a morfologie území.

Pro popis průběhu srážko­‑odtokových, erozních a transportních procesů v zájmovém území jsou významné morfometrické parametry. Z nich pak především tvar povodí a převažující tvar svahů (konvergentní/divergentní, konvexní/konkávní). Vliv tvaru povodí vyjádřený specifickou šířkou povodí (plocha/délka povodí), planární křivostí (vyjadřující konvergenci/divergenci svahu), profilovou křivostí (vyjadřující konvexnost/konkávnost svahu), indexy vyjadřující hydrologické chování povodí a náchylnost na erozi a další morfometrické parametry na riziko a formu erozní události jsou posuzovány v řadě studií [21–26].

Využití území i způsob hospodaření hraje z hlediska ochrany před intenzivním erozním odtokem významnou roli. Během sledování vzniku povrchového odtoku v důsledků reálných srážek byl zjištěn přímý vztah mezi vegetačním krytem a objemem povrchového odtoku. Při zvýšení vegetačního krytu dojde ke snížení odtoku i transportovaného materiálu. Významný vliv přítomnosti a stavu vegetace na intenzitu eroze byl prokázán i v České republice v rámci experimentálního výzkumu [27].

Morfologické a morfometrické parametry, přítomnost a stav vegetace spolu s půdními vlastnostmi, intenzitou a četností srážek významně ovlivňují vznik a průběh srážko­‑odtokových a následně erozních epizod. Jednotlivé charakteristiky a vlastnosti povodí se vzájemně ovlivňují a spoluurčují výslednou míru ohroženosti dané lokality z hlediska vzniku intenzivního erozního odtoku.

Metodika

WaTEM/SEDEM

WaTEM/SEDEM je erozní a transportní model, který je postavený na základu Revidovaná univerzální rovnice ztráty půdy (RUSLE) [8].

kdeAjeprůměrná ztráta půdy [t·ha-1· rok-1],
faktor erozní účinnosti deštěm [MJ·ha-1·cm·h-1],
faktor erodibility půdy [t·h·MJ-1·cm-1],
LStopografický faktor [-],
Cochranný účinek vegetace [-],
faktor protierozních opatření [-].

Model využívá tzv. Multiple Flow algoritmus dělení odtoku [9]. Byla využita část modelu, která provádí distribuovaný výpočet ztráty půdy a transportu sedimentu (bez využití transportu sedimentu říční sítí nebo akumulace ve vodních nádržích). Říční síť a vodní nádrže byly do výpočtu zahrnuty v rámci využití území jako plocha, která negeneruje povrchový odtok ani erozní smyv, naopak erozní odtok vstupující do těchto ploch je zde ukončen a nepropaguje se dále do plochy povodí.

Model na rozdíl od GIS přístupu výpočtu pomocí RUSLE počítá v každém elementu transportní kapacitu (TC) a na jejím základě eroduje nebo sedimentuje v daném území.

kde Tjetransportní kapacita [t·ha-1·m-1],
KTCkoeficient transportní kapacity [m],
Eprill potenciál vzniku rýhové eroze [t·ha-1·rok-1].

 

Datové podklady

Datové podklady pro výpočet vychází z požadavků výpočetního modelu (RUSLE jako součást modelu WaTEM/SEDEM). Data byla využita k zjištění následujících charakteristik.

Distribuované hodnoty R faktoru v rozlišení 1 km pro modelované území byly odvozeny Hanelem [28]. Mapa R faktoru byla vypočtena podle původní Wischmeierovy metodiky zpracováním ombrometrických dat z 96 měrných stanic pro časové období 1989–2003. Byly vybrány srážkové události přesahující úhrn 12,5 mm, které zároveň dosahují maximální intensity vyšší než 6 mm za 10 minut. Pro určení kinetické energie srážky byla využita novější metoda [29]. Průměrná hodnota R faktoru v České republice je 64 [MJ·ha-1·cm·h-1]. Data týkající se využití území vychází z dat Základní báze geografických dat České republiky (ZABAGED) v kombinaci s daty Veřejného registru půdy (LPIS, měřítko 1 : 10 000). Řešené území bylo rozděleno do základních kategorií využití území (orná půda, trvale travnatý porost, les atd.). Byly uvažovány obvyklé hodnoty C faktoru v České republice pro jednotlivé kategorie landuse [30]. Hodnota C faktoru pro ornou půdu byla určena jako průměrná hodnota podle osevního postupu [31] v každém okrese ČR v období 1995–2001. Digitální model terénu (DMT), který vznikl interpolací z vrstevnic (výškový krok 2 m, 1 : 10 000) byl využit pro odvození LS faktoru. Bezodtoková místa byla ošetřena v rámci programu ArcGIS. Výsledný DMT má rozlišení 10 m. Hodnoty K faktoru byly určeny podle národní metodiky [32]. Vstupními podklady byly mapy bonitovaných půdně ekologických jednotek (BPEJ, 1 : 5 000). Všechny datové vstupy pro výpočetní model WaTEM/SEDEM byly převedeny do rastrového formátu Idrisi (.rst) s rozlišením 10 m, které odpovídá rozlišení DMT.

Kritické body, určení kategorie hrozby

V rámci projektu, jehož cílem bylo určit míru ohroženosti intravilánu obcí intenzivním erozním odtokem, byly na území České republiky určeny tzv. kritické body – místa na okraji intravilánu obcí, kde lze očekávat vstup významného množství erozního odtoku spojeného s transportem erozních splavenin do obce.

Pomocí modelu WaTEM/SEDEM byla modelována eroze a transport sedimentu na celém území České republiky. Cílem bylo na základě výstupů z modelu jednotlivým kritickým bodům, resp. jejich povodím přiřadit významnost hrozby transportu sedimentu do intravilánu.

Pro správné nastavení hranic pěti kategorií hrozby (množství erozních splavenin vstupujících do intravilánu) byla vybrána tři testovací povodí, ve kterých bylo provedeno terénní šetření, během kterého byla kritickým povodím přiřazena skutečná kategorie hrozby (1–5) z hlediska erozního odtoku. Výsledky tohoto šetření byly konfrontovány s vypočtenými charakteristikami kritických povodí za účelem nalezení vhodného parametru pro rozdělení kritických povodí do kategorií hrozby.

Jako nejvhodnější pro popis hrozby transportu erozních splavenin fluviálním odtokem do intravilánu byl vybrán parametr Inflow (celkové množství sedimentu vstupující do zóny v okruhu 100 m od kritického bodu [t.rok-1]).

Tabulka 1. Hodnoty parametru Inflow a počet bodů pro jednotlivé kategorie hrozby
Table 1. Number of critical watersheds in five threat categories

Předpokládané rozložení pěti kategorií míry hrozby transportu sedimentu v databázi všech KB není rovnoměrné. Kritické body zařazené do nejvyšší kategorie 5, resp. kategorie 4 se objevují s výrazně nižší četností než body v kategorii 1, do které jsou zařazeny body s velmi malou mírou rizika. Vzhledem k log‑normálnímu rozložení hodnot Inflow a požadovanému logaritmickému průběhu počtu povodí v jednotlivých kategoriích hrozby byly nastaveny hraniční hodnoty pro jednotlivé kategorie (tabulka 1).

Posuzované charakteristiky povodí

Pro určení vlivu na riziko daného povodí z hlediska generování odtoku vody se sedimentem byla posuzována následující kritéria:

  • Vlastnosti půdy jsou popsány pomocí K faktoru [t·h·MJ-1·cm-1]. Pro stanovení hodnot K faktoru byly využity mapy BPEJ v měřítku 1 : 5 000, ze kterých byly hodnoty K faktoru stanoveny [32].
  • Charakteristiky srážek v lokalitě jsou pro analýzu vyjádřeny pomocí R faktoru [MJ·ha-1·cm·h-1]. Průměrná roční hodnota R faktoru pro každou lokalitu byla odvozena z mapy dlouhodobého R faktoru v České republice [28].
  • Využití území ve studovaných povodích. Využití území bylo popsáno podílem orné půdy, lesa a trvale travnatých ploch v těchto povodích.
  • Morfologické charakteristiky povodí byly do analýzy zahrnuty prostřednictvím hodnot průměrného sklonu povodí [%] a plochy povodí [ha].
  • Z morfometrických charakteristik byla analyzována: specifická šířka povodí [m] – podíl plochy povodí a nejdelší odtokové dráhy, profilová křivost (ve směru maximálního sklonu) – Curveprofile a planární křivost (kolmo na směr maximálního sklonu) – Curveplane [33].
  • Dále byl uvažován hydrologický index SPI (Stream Power Index [m·rad]), který vyjadřuje erozní potenciál povrchového odtoku. Index, který zohledňuje sklon v daném místě povodí a odtokovou plochu, která tomuto místu odpovídá [34].

Charakteristiky, které nejvíce ovlivňují generování povrchového odtoku v povodí, je možné popsat řadou dalších kritérií, která často přesněji popisují sledovanou charakteristiku (např. osevní postup na jednotlivých pozemcích, půdní typ apod.). Studie je však zaměřena na možnost posouzení míry hrozby vzniku intenzivního odtoku pomocí běžně dostupných dat. Z tohoto důvodu byly sledované charakteristiky voleny tak, aby bylo možné je snadno získat a následně vyhodnotit pro řadu povodí různé velikosti.

Princip statistického zhodnocení vztahu mezi Inflow a charakteristikami povodí

Nejprve byla provedena jednoduchá korelační analýza vyjadřující vztah mezi sledovanou hodnotou Inflow (vyjadřující míru hrozby intenzivního erozního odtoku) a analyzovanými charakteristikami kritických povodí. Na základě výsledků jednoduché korelační analýzy byla provedena vícekriteriální analýza. Cílem vícekriteriální analýzy bylo analyzovat vzájemný vztah charakteristik kritických povodí a zjednodušit popis povodí nahrazením 11 charakteristik nižším počtem tzv. hlavních komponent. Pro toto posouzení byla využita Analýza hlavních komponent (PCA), která je jednou z nejstarších a nejvíce používaných metod vícerozměrné analýzy dat [35]. Tato metoda převádí proměnné (charakteristiky kritických povodí) na hlavní komponenty, které jsou lineární kombinací původních proměnných s cílem zjednodušení popisu – snížení počtu proměnných. S využitím pěti komponent (z původního počtu 11 proměnných) je zajištěno vysvětlení 75% variability původních dat. Následně byl testován vztah těchto komponent k hodnotám Inflow, aby bylo možné vyjádřit, které charakteristiky povodí jsou z hlediska hrozby intenzivní eroze významné. Ke statistickým analýzám byl využit software R [36].

Tabulka 2. Korelační koeficienty mezi charakteristikami a hodnotou Inflow
Table 2. Correlation coefficients between catchment characteristics and Inflow

Výsledky

Jednoduchá korelační analýza

Nejprve byla analyzována jednoduchá závislost hodnot Inflow na jednotlivých analyzovaných proměnných. Z výsledků korelační analýzy (tabulka 2) nebylo možno vypozorovat významnou závislost hodnot Inflow na jednom vybraném parametru (střední závislost, R ≥ 0,4). Tato skutečnost je dána komplexností fenoménu intenzivních srážko­‑odtokových a erozních událostí. Riziko erozní a transportní události je ovlivněno řadou faktorů, které jsou vzájemně propojeny. Reálně je vždy třeba řešit jednotlivé lokality individuálně a s ohledem na komplexní přístup.

Tabulka 3. Průměrné hodnoty sledovaných parametrů pro jednotlivé kategorie hrozby
Table 3. Average values of the analyzed characteristics in the five threat categories

Průměrné hodnoty parametrů (především zastoupení orné půdy, SPI, plocha povodí) pro všechny KB v jednotlivých kategoriích hrozby se více či méně odlišují. Z tabulky 3 je zřejmá významná změna v zastoupení základních kategorií využití území. S rostoucí kategorií hrozby roste podíl orné půdy a naopak klesá zastoupení trvale travnatých porostů. Podíl zastoupení lesa se výrazně nemění, resp. mírně klesá. Zároveň dochází s rostoucí kategorií rizika k mírnému nárůstu průměrného sklonu, specifické šířky povodí a značnému nárůstu plochy řešených povodí. Zásadním způsobem se zvyšuje hodnota hydrologického koeficientu SPI (průměrná hodnota pro povodí kategorie 5 je téměř čtyřnásobná než je tomu u kategorie 1). Hodnoty ostatních sledovaných proměnných se pro kategorie rizika mění málo.

Tabulka 4. Podíl variability vysvětlený jednotlivými komponentami
Table 4. The variability proportion explained by components (PC1–PC11)

Na základě analýzy datové sady téměř 130 000 lokality lze předpokládat, že vyšší míra hrozby intenzivního erozního odtoku bude u povodí, kde je kombinován vysoký podíl orné půdy, vyšší sklon povodí a jeho specifická šířka s velkou plochou povodí a vysokou hodnotou koeficientu SPI. Pro ověření tohoto předpokladu byla provedena vícekriteriální analýza.

Analýza hlavních komponent

Výsledky PCA analýzy pro kompletní datovou řadu jsou znázorněny v tabulce 4. Z tabulky je zřejmé, že provázanost analyzovaných charakteristik a jejich vztah k navrženým komponentám je poměrně komplikovaný. Vysvětlující podíl prvních dvou komponent je poměrně nízký (PC1 24 %, PC2 16 %). Pro další analýzy bylo uvažováno prvních pět komponent, které vysvětlují 75 % variability 11 analyzovaných.

Z výsledků analýzy hlavních komponent (tabulka 5) je zřejmé, že první komponenta PC1 pozitivně koreluje se sklonem, zastoupením lesní plochy a hydrologickým koeficientem SPI v povodí. Naopak význam zastoupení orné půdy je ve vztahu k PC1 opačný. Komponenta PC1 může být popsána jako komponenta „využití území a sklonu“. Komponenta PC2 pozitivně koreluje s plochou a specifickou šířkou povodí a stejně jako PC1 s hodnotou hydrologického koeficientu SPI. Rovněž s hodnota K faktoru vykazuje pozitivní korelaci k PC2, naopak podíl zastoupení trvale travnatého porostu koreluje s PC2 negativně. Komponenta PC2 je komponentou morfologických a morfometrických vlastností povodí. Třetí komponenta koreluje pozitivně s plochou povodí, specifickou šířkou a zastoupením trvale travnatých porostů, negativně s hodnotou K faktoru. Čtvrtá komponenta PC4 je komponentou křivosti, protože vykazuje významnou pozitivní korelaci s hodnotou planární i profilové křivosti. Komponenta PC5 koreluje pouze s hodnotou R faktoru a je proto nazývána komponentou erozní účinnosti deště.

Tabulka 5. Korelační koeficienty sledovaných charakteristik k 5 komponentám
Table 5. Correlation coefficients between the characteristics and components PC1–PC5

 

Vztah hlavních komponent a Inflow

Pro určení významu jednotlivých komponent a tím nepřímo i zkoumaných charakteristik ve vztahu k hodnotě Inflow, byl stanoven korelační koeficient mezi hodnotami komponent (PC1 až PC5) a hodnotou Inflow. Výsledné korelační koeficienty uvedené v tabulce 5 ukazují, že nejvýznamnější vzhledem k Inflow je druhá komponenta PC2 (R = 0,28), dále pak pátá komponenta PC5 (R = 0,17). Výrazně nižší význam vzhledem k Inflow mají první a třetí komponenta (PC1, PC3) s hodnotou korelačního koeficientu 0,05, resp. 0,07. Mezi čtvrtou komponentou PC4 a Inflow je korelace nulová.

Výsledky analýzy hlavních komponent spolu s hodnotami korelačních koeficientů mezi hodnotami hlavních komponent a Inflow (tabulka 6) ukazují, že největší význam z hlediska hrozby intenzivní eroze a erozního odtoku má komponenta PC2. Na základě hodnot korelací lze tedy předpokládat, že u povodí s morfologickými a morfometrickými vlastnostmi, které jsou z hlediska erozních vlastností nevhodné (velká plocha a sklon povodí, nevhodný tvar povodí), v kombinaci s malým zastoupením trvale travnatých ploch a špatných půdních vlastností z hlediska její eroze (vše PC2), případně rostoucí účinností srážek (PC5), bude větší riziko hrozby intenzivního erozního odtoku. Výsledky analýzy zároveň ukazují na značnou provázanost jednotlivých parametrů. Z tohoto důvodu není možné jednoduše definovat hraniční hodnoty jednotlivých parametrů, které zvyšují míru hrozby.

Příklady ohrožených lokalit

Výsledky analýzy ukazují na velkou variabilitu kombinací vlastností povodí, které způsobují riziko vzniku erozního odtoku v těchto lokalitách. Pro dokumentaci této variability byly vybrány tři lokality, které byly zároveň podrobeny terénnímu šetření. Vybrané lokality (stupeň hrozby 3–4) se odlišují svými vlastnostmi i kombinací charakteristik, které vedou k eroznímu ohrožení. Dále jsou na příkladu tří povodí dokumentovány možné chyby vzniklé během určování hrozny intenzivního erozního odtoku.

Tabulka 6. Korelační koeficienty mezi komponentami a hodnotou Inflow
Table 6. Correlation coefficients between components and Inflow
  • Model podhodnocuje míru hrozby

V povodí (obr. 3) nedaleko obce Chlístovice (okres Kutná Hora, Středočeský kraj) je podle výpočetního modelu riziko hrozby vzniku intenzivního erozního odtoku na stupni 3 – střední. Podle statistického zhodnocení jsou rozhodujícími charakteristikami této lokality relativně velká rozloha povodí (56 ha), vysoké zastoupení orné půdy (99,4 %), nevhodný tvar povodí (specifická šířka povodí je 19,7 m) a vyšší erodobilita půdy (K faktor = 0,6 t·h·MJ-1·cm-1).

V rámci terénního šetření byla lokalita označena jako vysoce riziková (úroveň rizika 4–5). Důvodem tohoto zařazení je především nevhodný tvar povodí – dlouhý konvergentní svah. V lokalitě byly zaznamenány intenzivní erozní a odtokové události (podle informací místních obyvatel). Tuto skutečnost dokumentuje také budování záchytných příkopů (obr. 4).

 

Obr. 3. Větší povodí s vysokým zastoupením orné půdy
Fig. 3. Large catchment with high proportion of arable land
Obr. 4. Ochranný příkop nad obcí Chlístovice
Fig. 4. Ditch for protection of Chlístovice
  • Model je ve shodě s terénním průzkumem

V povodí (obr. 5) u obce Opatovice (okres Kutná Hora, Středočeský kraj) je podle výpočetního modelu riziko hrozby intenzivního erozního odtoku na úrovni 5 – velmi vysoké. Podle statistické analýzy je hlavní charakteristikou, která zvyšuje míru rizika v lokalitě morfometrie povodí, konkrétně koeficient SPI (2 100 m·rad). Vysoká míra hrozby intenzivního erozního odtoku zde vzniká i přes relativně malou plochu povodí (9,2 ha) a 30 % zastoupení travnatých porostů.

Rovněž v rámci terénního průzkumu byla lokalita označena jako vysoce riziková (stupeň hrozby 4–5). Jako problematické bylo během terénního šetření označeno především umístění budov přímo do údolnice.

Obr. 5. Povodí nad obcí Opatovice
Fig. 5. Catchment flows into Opatovice
  • Nedostatky v datových podkladech a definici intravilánu

Jedná se o středně velké povodí vějířovitého tvaru nedaleko obce Černíny (okres Kutná Hora, Středočeský kraj), které je z velké části zalesněno (obr. 6). Výpočetní model stanovil míru hrozby intenzivní eroze na úrovni 3 – střední. Rozhodujícími vlastnostmi jsou zde především morfologické a morfometrické vlastnosti povodí (plocha 130 ha, specifická šířka 20 m) v kombinaci s lesním porostem, který nemá z hlediska protierozní ochrany jednoznačný efekt. V důsledku těchto charakteristik stanovuje model střední míru hrozby i přes velmi malý sklon povodí.

Tato lokalita byla v rámci terénního průzkumu vyhodnocena jako neohrožená lokalita. V místě uzávěrového profilu nebyla oproti datové nalezena obytná budova. Z tohoto důvodu povodí nespadá mezi lokality, které jsou v rámci projektu i následné analýzy vyhodnocovány.

Diskuse

Rozsáhlý soubor téměř 130 000 lokalit, pro které byl pomocí erozního modelu WaTEM/SEDEM stanoven průměrný roční erozní odtok, byl využit pro analýzu vlivu vybraných charakteristik těchto lokalit na míru rizika vzniku intenzivního erozního odtoku.

V rámci analýzy bylo vybráno 11 parametrů, které mají vliv na erozně transportní chování povodí. Vzhledem k cíli práce byl vyhledán, stanoven a následně analyzován vliv faktorů, které je možné získat na základě běžně dostupných dat a informací o lokalitách. Parametry je možné rozdělit na: využití území (podíl zastoupení základních kategorií využití území), morfologické parametry (průměrný sklon, plocha povodí), morfometrické parametry (tvar povodí, tvar jednotlivých svahů), charakteristiku půdy a srážek v lokalitě.

Obr. 6. Velké, rovinaté povodí s lesním porostem nad obcí Černíny
Fig. 6. Large, flat, forest basin above Černíny

V rámci jednoduché korelační analýzy nebyla zjištěna významná závislost parametru Inflow na žádné ze sledovaných charakteristik. Hodnoty korelačního koeficientu mezi jednotlivými parametry a Inflow mají značný rozptyl. Maximální hodnota (R = 0,3) byla zjištěna pro hydrologický koeficient SPI, který spojuje specifickou odtokovou plochu a sklon v povodí. Rovněž korelace mezi parametry navzájem jsou velmi proměnlivé. Z korelační matice je zřejmá slabá závislost (R = 0,24) mezi hodnotami R faktoru (resp. intenzitou a četností erozně významných srážek) a sklonem povodí. Tato skutečnost odpovídá podmínkám České republiky – vyšší nadmořské výšky (horské a podhorské oblasti) jsou charakteristické většími průměrnými sklony pozemků a zároveň vyšší hodnotou R faktoru. Další významný vztah je mezi sklonem povodí a zastoupením jednotlivých kategorií využití území, především orné půdy a lesa. I tyto korelace (R = – 0,57, resp. 0,57) jsou ve shodě s podmínkami České republiky. Orná půda se vyskytuje především v rovinatých a mírně sklonitých územích převážně ve vnitrozemí. S rostoucí nadmořskou výškou roste zastoupení travnatých porostů a lesních ploch.

Sledujeme­­­‑li průměrné hodnoty charakteristik pro jednotlivé kategorie rizika, je možné vypozorovat nárůst nebo naopak pokles průměrných hodnot vybraných charakteristik. Dochází k nárůstu zastoupení orné půdy, roste průměrný sklon povodí a výrazně roste průměrná hodnota koeficientu SPI. Právě nárůst průměrné hodnoty je nejvýraznější, průměrná hodnota SPI v kategorii 5 je 6 000, což je 4× vyšší než průměrná hodnota v kategorii 1.

Výsledky následné vícekriteriální analýzy metodou hlavních komponent (PCA) opět poukazují na to, že riziko vzniku intenzivního erozního odtoku v dané lokalitě vzniká souhrou řady faktorů. Jedenáct sledovaných charakteristik povodí je v rámci PCA analýzy transformováno na 11 komponent. Vysvětlující podíly jednotlivých komponent jsou nízké (PC1 24 %, PC2 16 %). K vysvětlení 75 % variability dat je třeba uvažovat pět komponent, dvě hlavní komponenty (PC1 a PC2) dohromady vysvětlují jen 40 % variability.

Uvažujeme­­­‑li, že komponenta vysvětluje ty charakteristiky, k nimž má korelační koeficient R > 0,4, je zřejmé, že komponenty PC1, PC2 a PC3 mají vztah k řadě charakteristik, komponenta PC4 vysvětluje křivost povodí a PC5 má vztah k srážkovým charakteristikám (tabulka 4). Všechny sledované charakteristiky jsou významné pro některou z pěti komponent vysvětlujících 75 % variability dat.

Nejvíce vysvětlující je koeficient SPI, který vykazuje vysokou míru korelace s prvními dvěma hlavními komponentami (PC1 a PC2). Naopak nejasný je význam kvality půdy (K faktoru) a podílu zastoupení trvale travnatého porostu, které vykazují významnou korelaci (R > 0,4) k dvěma komponentám PC2 a PC3, ale s opačným znaménkem (pozitivní/negativní korelace).

Pro zjištění míry významnosti jednotlivých charakteristik na míru ohrožení intenzivní erozním odtokem byla zjištěna korelace hodnot pěti významných komponent k hodnotě Inflow, která míru rizika vyjadřuje (tabulka 5). Korelační koeficienty všech pěti sledovaných komponent s hodnotami Inflow jsou poměrně nízké, což opět dokumentuje, že erozní riziko závisí na řadě faktorů. Tato analýza ukazuje nulový vztah hodnot Inflow ke komponentě PC4, což vyjadřuje nízký význam hodnot průměrné křivosti povodí na míru hrozby vzniku intenzivního erozního odtoku. Velmi nízkých korelací bylo dosaženo také v případě komponenty PC3 (R = 0,05) a PC1 (R = 0,07). Jako relativně významná se ukazuje především komponenta PC2 (R = 0,28) a PC5 (R = 0,17). V důsledku malého R pro PC3 a naopak relativně vysokého R pro PC2 lze konstatovat, že kvalita půdy (hodnota K faktoru) koreluje s Inflow pozitivně a naopak zastoupení travnatých porostů vykazuje s Inflow negativní korelaci.

Z kombinace analýzy hlavních komponent v kombinaci s korelací komponent s hodnotami Inflow vyplývá, že nejvýznamnějšími vlastnostmi povodí z hlediska míry rizika vzniku intenzivní eroze jsou morfometrické charakteristiky (tvar povodí vyjádřený specifickou šířkou a sklon v různých částech svahu vyjádřený koeficientem SPI), plocha povodí kvalita půdy a zastoupení travnatých ploch. Významný vliv má rovněž charakteristika srážek. V řadě prací se jeví právě intenzita srážky jako faktor, který má vliv na množství odtoku [19], průběh erozní události a intenzitu transportu erodovaného materiálu [18], ale i vlastnosti vzniklého odtoku a jeho erozní potenciál [37].

Jako méně významné se ukazuje využití území, resp. podíl zastoupení orné půdy a lesních porostů. Landuse obecně má zcela zásadní vliv na erozně transportní chování v lokalitě [1]. Využití území je však významně svázáno s dalšími charakteristikami (sklon, kvalita půdy, způsob obhospodařování apod.), které mohou obecně popsané chování jednotlivých kategorií zcela zásadně ovlivnit. Příkladem je studie [20], ve které byla dokumentována vysoká intenzita eroze na pozemcích s křovinami a zahradami. Důvodem je výskyt těchto kategorií na výrazně sklonitých svazích a v případě zahrad pak jejich nevhodné intenzivní obhospodařování. Zároveň nebyl prokázán významný vliv sklonu na velikost rizika eroze. Existuje řada studií, které prokazují přímý vliv sklonu svahu na intenzitu eroze [18, 37]. Stejně jako je tomu u využití území, je vliv sklonu ovlivněn (pozitivně i negativně) dalšími parametry. Výrazně vysoké sklony svahů jsou často kombinovány s ochranným faktorem vegetace a největší podíl eroze je pak generován na středně sklonitých pozemcích [20]. Z analýzy plyne, že sklon v povodí ovlivňuje riziko eroze především v kombinaci s velikostí odtokové plochy prostřednictvím koeficientu SPI.

Prezentované analýzy poukazují na skutečnost, že míra hrozby vzniku intenzivního erozního odtoku je ovlivněna řadou charakteristik povodí, které vzájemnou interakcí výslednou míru hrozby determinují. Lze vypozorovat vzájemné souvislosti mezi vybranými vlastnostmi povodí a výslednou mírou hrozby. Variabilita kombinací těchto vlastností je však natolik veliká, že predikce výsledné míry hrozby pouze na základě těchto vlastností je značně komplikovaná a může vést k nepřesným výsledkům. Stejné nepřesnosti můžeme ale často pozorovat i u výsledků matematických modelů popisujících srážko­‑odtokové a erozní události. Příklad nesouladu modelované míry hrozby a reálné situace in­situ je uveden v předcházející kapitole. Důvodem vzniku těchto chyb může být například využití obecného erozního modelu bez validace na konkrétní podmínky v lokalitě (příklad povodí Chlístovice). Nedostatečná kvalita datových podkladů pro model a chyby v těchto podkladech mohou rovněž značně ovlivňovat kvalitu jeho výstupů (příklad lokalita Černíny).

Pro kvalitní popis hrozby vzniku erozního odtoku a následně ohrožení intravilánu obcí těmito událostmi je třeba vždy postupovat velmi obezřetně. Analýzy obecných vlastností lokality je možné využít pro její obecné zařazení mezi místa podezřelá z hlediska erozní hrozby. Následné využití matematického modelu je dobrým nástrojem pro podrobnější definování míry hrozby a rozdělení souboru lokalit do kategorií podle úrovně hrozby. Pro kvalitní posouzení míry hrozby v konkrétních lokalitách a případný návrh možné ochrany těchto míst je vždy třeba provést místní šetření, které ověří správnost výsledků modelu a kvalitu datových podkladů.

Závěr

Průměrné povodí produkující nebezpečné hodnoty smyvu je povodí s velkou plochou, vějířovitého tvaru s vysokým sklonem ve spodních částech povodí, nízkým zastoupením TTP. Významnou roli hraje také vysoká erodibilita půdy a výskyt intenzivních srážkových událostí.

Z hlediska produkce a transportu splavenin jsou klíčové morfometrické vlastnosti (tvar povodí a sklonové poměry především v blízkosti uzávěrového profilu povodí), velikost povodí a využití území a kvalita půdy a její náchylnost k erozi.

Pomocí jednoduché analýzy lokality na základě všeobecně dostupných dat (digitální model terénu, půdní data, informace o srážkových událostech) není možné spolehlivě určit míru hrozby vzniku intenzivního erozního odtoku s přesností, které je dosaženo matematickým modelováním. Tyto jednoduché analýzy jsou vhodným nástrojem pro vytipování menších lokalit, které jsou podezřelé z hlediska vzniku intenzivní eroze a transportu splavenin jako podklad pro následnou aplikaci podrobnějšího výpočetního modelu.

Poděkování

Tento příspěvek byl podpořen projekty SGS14/180/OHK1/3T/11 Srážko­odtokové, erozní a transportní procesy – experimentální výzkum, NAZV QJ1330118 Monitoring erozního poškození půd a projevů eroze pomocí metod DPZ a VG20122015092 – Erozní smyv – zvýšené riziko ohrožení obyvatel a jakosti vody v souvislosti s očekávanou změnou klimatu. Metodicky byly využity i výsledky projektu QJ1230056 Vliv očekávaných klimatických změn na půdy ČR a hodnocení jejich produkční funkce.

Autoři článku by rádi poděkovali všem partnerům, kteří se podíleli na řešení projektu VG20122015092, zejména Mgr. Pavlu Rosendorfovi, doc. Ing. Martinu Hanelovi, Ph.D., Ing. Jiřímu Pickovi, Ing. Janu Devátému, Ing. Luďkovi Strouhalovi, Ing. Martinu Dočkalovi, Ph.D., a dalším kolegům.

Posted by & filed under Informatika, kartografie ve vodním hospodářství.

Souhrn

Rybníky jsou významnou organickou součástí krajiny České republiky již po staletí. Nachází se na většině území republiky a plní řadu funkcí kromě té historicky hlavní, kterou je chov ryb. Hustota rybníků a jejich vlastnosti jsou značně proměnlivé na různých místech republiky, což je ovlivněno mimo jiné přírodními podmínkami a historickým vývojem. Tento článek se zabývá porovnáním čtyř území, která byla vybrána pro zpracování případových studií pro potřeby výzkumného projektu DG16P02M036 Údržba, opravy a monitoring hrází historických rybníků jako našeho kulturního dědictví financovaného Ministerstvem kultury prostřednictvím programu NAKI II. Porovnání je zaměřeno především na hustotu a velikosti rybníků v oblasti Kostelecka, Blanicka, Blatenska a Třeboňska.

Obr. 1. Vymezení zájmových oblastí
Fig. 1. Location of regions of interest

Výsledky analýz jednotlivých území provedených s ohledem na morfologické charakteristiky území a strukturu sítě rybníků ukazují značné odlišnosti mezi jednotlivými oblastmi. Jako ukazatele morfologie území byly použity průměrná nadmořská výška a průměrný sklon území, v případě rybníků se jednalo o hustotu rybníků, medián jejich velikosti a průměrnou velikost. Hodnoty morfologických ukazatelů a charakteristik rybníků byly vzájemně porovnány za účelem posouzení jejich závislosti. Výsledky ukazují vztah pouze v případě průměrné sklonitosti území a hustoty rybníků a jejich průměrnou velikostí. V obou případech se jedná o pokles, tj. s rostoucí sklonitostí klesá jak hustota rybníků, tak jejich velikost.

Úvod

Rybníky jsou již po staletí významným prvkem naší kulturní krajiny. Oplývá jimi značná část území naší republiky, přičemž tyto vodní nádrže plní řadu funkcí mimo té historicky nejvýznamnější, kterou je chov ryb. Hustota rybníků a jejich struktura s ohledem na velikost a další charakteristiky však mohou být velmi rozdílné při porovnání území s odlišným historickým vývojem, přírodními podmínkami a dalšími faktory.

Význam rybníků je zmíněn již Karlem IV., který ve svém majestátu „Ut regnum nostrum Bohemiae piscinis et vaporibus abundaret…“ citovaném mnohými autory (např. Janským [1]) zmiňuje nejen funkci produkční, ale i hydrologickou a klimatickou. Stejně tak byl význam rybníků a rybnikářství vyzdvihován i v pozdějších obdobích, na počátku 20. stol. například Šustou a Mokrým [2], ze současných autorů se významu rybnikářství v minulosti i současnosti věnuje například Hule [3].

Tento příspěvek se zaměřuje na porovnání čtyř území, která byla zvolena pro případové studie pro potřeby projektu DG16P02M036 Údržba, opravy a monitoring hrází historických rybníků jako našeho kulturního dědictví řešeného v rámci programu NAKI II financovaného Ministerstvem kultury ČR. Porovnání je zaměřeno na strukturu a hustotu rybníků v jednotlivých oblastech, kterými jsou Kostelecko, Blanicko, Blatensko a Třeboňsko ve vztahu k fyzicko­‑geografickým charakteristikám těchto území. Analýzy jsou zaměřeny především na rybníky s rozlohou větší než 0,5 ha s přihlédnutím ke skutečnosti, zda se jedná o rybníky historické či vystavené v nedávné minulosti. V případě těchto rybníků byly provedeny analýzy se zaměřením na kategorie jejich velikosti v rámci jednotlivých oblastí.

Zájmové oblasti

Zájmové oblasti byly vymezeny s ohledem na hydrologické poměry, tj. jako povodí. Ve většině případů se jedná o jedno či více povodí definovaných jednoznačně uzávěrovým profilem, v jednom případě však bylo nutno území vymezit komplikovaněji. Oblasti byly vybírány tak, aby pokrývaly různé fyzicko­‑geografické podmínky s tím, aby se v nich vyskytovalo dostatečné množství historických rybníků. Umístění zájmových oblastí v rámci České republiky je znázorněno na obr. 1.

Kostelecko

Tato oblast se nachází 35 km východně od Prahy ve Středočeském kraji. Zahrnuje povodí Jevanského a Nučického potoka po jejich soutok se Sázavou, povodí Šembery a Bylanky po jejich soutok a povodí Výrovky po soutok s Vrbčanským potokem. Celková rozloha této oblasti činí 533,3 km2. Území je intenzivně zemědělsky využíváno zejména v jeho východní části, v západní části jsou větší měrou zastoupeny lesní porosty. V obou případech se jedná o poměrně rozsáhlé a značně souvislé celky. Největšími sídly jsou zde Kostelec nad Černými Lesy, Kouřim, která je historickým správním střediskem, Uhlířské Janovice a na severozápadním okraji zasahuje do oblasti Český Brod. Z geomorfologického hlediska spadá toto území do Hercynského systému (provincie Česká vysočina, subprovincie Česko-moravská soustava a Česká tabule).

Obr. 2. Počty rybníků v jednotlivých velikostních kategoriích v oblasti Kostelecka
Fig. 2. Frequencies of fishponds in size categories in the region Kostelecko

Blanicko

Oblast Blanicka se rozprostírá kolem hory Blaník (632 m n. m.) cca 55 km jihovýchodně od Prahy a zasahuje jednak do Středočeského kraje a jednak do Jihočeského kraje. Představuje celé povodí toku Blanice (Vlašimské) po její soutok se Sázavou 2 km nad Českým Šternberkem. Celková rozloha povodí Blanice k uzávěrovému profilu činí 543,3 km2. V území jsou významně zastoupeny jak plochy zemědělské půdy, tak lesní porosty, obojí rozptýlené v menších plochách. Hlavními sídly území jsou Vlašim, Načeradec, Divišov a Postupice. Geomorfologicky náleží oblast Blanicka k Hercynskému systému (provincie Česká vysočina, subprovincie Česko­‑moravská soustava).

 

Obr. 3. Počty rybníků v jednotlivých velikostních kategoriích v oblasti Blanicka
Fig. 3. Frequencies of fishponds in size categories in the region Blanicko

Blatensko

Tato oblast je pro daný účel definována povodím Lomnice po soutok se Skalicí. Oblast se nachází 80 km jihozápadně od Prahy na rozhraní tří krajů – Jihočeského, Plzeňského a Středočeského. Celková rozloha oblasti činí 394,6 km2. V území jsou zastoupeny jak lesní porosty, které jsou soustředěny především v severní a jižní části území, tak zemědělská půda, významnou krajinnou složkou jsou zde ovšem právě i rybníky. Hlavní sídla v tomto území představují Blatná, Kasejovice, Mirotice a Bělčice. Oblast Blatenska spadá geomorfologicky do Hercynského systému (provincie Česká vysočina, subprovincie Česko­‑moravská soustava a částečně Poberounská soustava).

Obr. 4. Počty rybníků v jednotlivých velikostních kategoriích v oblasti Blatenska
Fig. 4. Frequencies of fishponds in size categories in the region Blatensko

Třeboňsko

Území se nachází 120 km jižně od Prahy na území Jihočeského kraje a představuje s rozlohou 617,6 km2 největší z analyzovaných oblastí. Oblast Třeboňska je v tomto případě prostorově vymezena jako část povodí Lužnice po soutok s Nežárkou. Oproti hranicím hydrologických povodí je oddělena plocha na pravém břehu Lužnice v úseku od Suchdola nad Lužnicí po oddělení Nové řeky, území na pravém břehu Nové řeky a celá horní část povodí Lužnice k Suchdolu nad Lužnicí. Oblast je hojně pokryta lesními porosty včetně lužních lesů, nejdůležitější roli na značné části tohoto území však hrají rybníky. Geomorfologicky je i oblast Třeboňska součástí Hercynského systému (provincie Česká vysočina, subprovincie Česko­‑moravská soustava a velmi okrajově Šumavská soustava).

Obr. 5. Počty rybníků v jednotlivých velikostních kategoriích v oblasti Třeboňska
Fig. 5. Frequencies of fishponds in size categories in the region Třeboňsko

Analýzy oblastí

V prvním kroku byly provedeny analýzy jednotlivých oblastí s ohledem na jejich morfologii, a to na základě předpokladu, že morfologie území je jedním z důležitých faktorů hrajících v minulosti roli při výběru lokalit pro výstavbu rybníků. Z tohoto pohledu byly posuzovány nadmořské výšky jednotlivých oblastí a jejich sklonitost. Následně byla provedena statistická analýza velikosti rybníků v jednotlivých oblastech a identifikace těch, které existovaly již v první polovině 19. stol. a byly větší než 0,5 ha.

Morfologie oblastí

Analýza morfologie terénu v jednotlivých oblastech byla provedena s využitím nejpodrobnějších dostupných výškopisných dat poskytovaných ČÚZK. Jedná se o digitální model reliéfu 5. generace, což je podklad s vysokou přesností a velkou podrobností [4]. Nejprve byly stanoveny základní charakteristiky nadmořské výšky jednotlivých oblastí. Jednalo se o minimální a maximální výšku a o průměrnou nadmořskou výšku jednotlivých oblastí.

Dalším krokem bylo posouzení sklonitostních charakteristik území. K tomuto účelu byl proveden výpočet sklonů v každé z oblastí s využitím modelu terénu převzorkovaného na rozlišení 10 × 10 m. V případě sklonů byla určena jeho průměrná hodnota. Morfologické ukazatele jednotlivých oblastí jsou uvedeny v tabulce 1.

Tabulka 1. Morfologické ukazatele jednotlivých oblastí
Table 1. Morphological properties of regions of interest

Výsledky této základní analýzy ukazují, že nejvýše položenou oblastí je Blatensko (průměrná nadmořská výška 509,4 m n. m.), zatímco nejníže položenou je Kostelecko (průměrná nadmořská výška 352,5 m n. m.). Naproti tomu nejplošším územím je Třeboňsko (průměrný sklon 2,6 %) a nejsvažitějším Blanicko (průměrný sklon 9,9 %).

Struktura rybníků v jednotlivých oblastech

Pro potřeby hodnocení rybníků v jednotlivých oblastech byla použita prostorová vektorová data dostupná v databázi DIBAVOD – vrstva A05_vodni_nadrze [5]. V první řadě byla provedena analýza rybníků s ohledem na jejich velikost. Z tohoto pohledu byly rybníky a vodní plochy zatříděny do kategorií 0–0,5 ha, 0,5–1 ha, 1–2 ha, 2–5 ha, 5–10 ha, 10–50 ha a více než 50 ha. Podle předpokladu byla nejčetněji zastoupena kategorie do 0,5 ha, která zahrnuje i malé návesní nádrže a ostatní drobné vodní plochy z pohledu rybnikářství a rybníků pouze málo významné. Nejvyšší zastoupení těchto malých vodních ploch vykazuje oblast Blanicka, kde vodní plochy menší než 0,5 ha představují 23 % celkové současné rozlohy vodních ploch, v ostatních případech se jedná o 10 % (Kostelecko) či mnohem méně (4 % pro Blatensko a 1 % pro Třeboňsko). Zastoupení uvedených velikostních kategorií v jednotlivých oblastech je znázorněno v grafech na obr. 25 a v tabulce 2.

Tabulka 2. Zastoupení velikostních kategorií rybníků a vodních ploch v jednotlivých oblastech
Table 2. Frequencies of fishponds and water bodies in size categories in regions of interest

Dalšími ukazateli velikosti rybníků, které byly určeny, byla maximální velikost (velikost největší vodní plochy/rybníka) a medián velikosti pro soubory rybníků s rozlohou nad 0,5 ha. V případě první oblasti (Kostelecko) je největší vodní plochou Vavřinecký rybník z roku 1472 s výměrou 77,9 ha. Medián velikosti rybníků nad 0,5 ha činí v případě Kostelecka 1,37 ha. V případě druhé oblasti (Blanicko) je největší vodní plochou rybník Smikov, který se nachází na toku Chotýšanky, s rozlohou 23,2 ha. V oblasti Blanicka dosahuje hodnota mediánu 1,10 ha. Na Blatensku je největším rybníkem Labuť založeným v roce 1492 [6] s rozlohou 101 ha. Hodnota mediánu v tomto případě činí 2,90 ha. Na Třeboňsku se nachází největší rybníky ze všech analyzovaných oblastí, celkem 77 z nich má rozlohu větší než 10 ha.

 

 

Obr. 6. Mapa zachycující rybníky v oblasti Kostelecka s rozlišením rybníků historických a ostatních
Fig. 6. Map showing fishponds in the region Kostelecko distinguishing those historical and others

 

 

Obr. 7. Mapa zachycující rybníky v oblasti Blanicka s rozlišením rybníků historických a ostatních
Fig. 7. Map showing fishponds in the region Blanicko distinguishing those historical and others
Obr. 8. Mapa zachycující rybníky v oblasti Blatenska s rozlišením rybníků historických a ostatních
Fig. 8. Map showing fishponds in the region Blatensko distinguishing those historical and others
Obr. 9. Mapa zachycující rybníky v oblasti Třeboňska s rozlišením rybníků historických a ostatních
Fig. 9. Map showing fishponds in the region Třeboňsko distinguishing those historical and others

Největším z nich je rybník Rožmberk založený v roce 1584 [6], který je s rozlohou 427,1 ha i největším rybníkem České republiky, byť v minulosti se ještě větší rybníky (Čeperka a Blato) nacházely v Polabí [7]. Medián velikosti rybníků větších než 0,5 ha v tomto případě dosahuje hodnoty 2,51 ha.

Dalším krokem byla s ohledem na zaměření projektu, pro jehož potřeby byly analýzy zpracovány, identifikace těch rybníků, které lze považovat za historické. V tomto případě byly jako historické označeny ty, které jsou zaznamenány již na mapách II. vojenského mapování. Ty jsou nejstarším mapovým podkladem, který má dostatečnou polohovou přesnost a podrobnost a pokrývá celé území České republiky. Starší mapy, například mapy I. vojenského mapování, mají k danému účelu nedostatečnou polohovou přesnost [8]. K analýzám byla využita digitalizovaná vrstva vodních ploch zachycených na těchto mapách [9]. Vrstva obsahuje pouze vodní plochy s rozlohou nad 0,5 ha, jelikož menší vodní plochy vykazují značné odchylky v poloze, které vylučují jejich automatizované zpracování v prostředí GIS. Historické rybníky byly identifikovány tak, že současná vrstva vodních ploch byla překryta vrstvou historických rybníků a byly z ní vybrány ty, které protínaly některý z historických rybníků.

Obr. 10. Vztah mezi průměrnou nadmořskou výškou (m n. m.) a hustotou rybníků větších než 0,5 ha (ks.km-2)
Fig. 10. The relationship between average elevation (m a.s.l.) and density of fishponds larger than 0.5 ha (pcs.km-2)

 

Obr. 11. Vztah mezi průměrnou sklonitostí (%) a hustotou rybníků větších než 0,5 ha (ks.km-2)
Fig. 11. The relationship between average slope (%) and density of fishponds larger than 0.5 ha (pcs.km-2)
Obr. 12. Vztah mezi průměrnou nadmořskou výškou (m n. m.) a hustotou rybníků větších než 0,5 ha (km2.km-2)
Fig. 12. The relationship between average elevation (m a.s.l.) and density of fishponds larger than 0.5 ha (km2.km-2)

S ohledem na zastoupení historických rybníků vykazují jednotlivé oblasti značné odlišnosti. Zatímco v případě Třeboňska a Blatenska spadají všechny vodní plochy s rozlohou větší než 0,5 ha mezi historické, na Kostelecku a Blanicku jich je významné množství mladších než cca 160 let. Konkrétně se jedná o přibližně polovinu nádrží v případě Kostelecka a třetinu nádrží v případě Blanicka. Mapy prezentující vodní nádrže v jednotlivých oblastech včetně rozdělení na historické a ostatní jsou znázorněny na obr. 2.

Obr. 13. Vztah mezi průměrnou sklonitostí (%) a hustotou rybníků větších než 0,5 ha (km2.km-2)
Fig. 13. The relationship between average slope (%) and density of fishponds larger than 0.5 ha (km2.km-2)

 

Obr. 14. Vztah mezi průměrnou nadmořskou výškou (m n. m.) a mediánem velikosti rybníků větších než 0,5 ha (ha)
Fig. 14. The relationship between average elevation (m a.s.l.) and median of fishponds areas larger than 0.5 ha (ha)

Hodnocení

Posuzované oblasti vykazují s ohledem na strukturu rybníků a vodních nádrží značné odlišnosti. Při konfrontaci struktury sítě vodních nádrží s morfologickými ukazateli je zřejmé, že s narůstající sklonitostí území se obecně zmenšuje velikost vodních nádrží i jejich celkové množství a celková rozloha při uvažování vodních ploch s rozlohou nad 0,5 ha. Největší rybníky se tak nachází na Třeboňsku (Rožmberk, Horusický rybník, Dvořiště a další, tedy rybníky, které patří k největším v celé České republice [10]), které vykazuje nejnižší hodnotu průměrného sklonu, stejně tak tato oblast vykazuje největší počet rybníků i největší celkovou rozlohu vodních ploch. Celkově menší rybníky se pak nachází v oblastech s vyššími hodnotami průměrného sklonu (Kostelecko, Blanicko). Naopak jako málo významnou lze považovat nadmořskou výšku jednotlivých oblastí, jelikož Kostelecko s nejnižší průměrnou nadmořskou výškou se vyznačuje nízkým množstvím rybníků a jejich relativně malou rozlohou, zatímco Třeboňsko s druhou nejnižší průměrnou nadmořskou výškou je v tomto ohledu na opačném pólu.

Pro potřeby podrobnějšího hodnocení byly vypočteny hustoty vodních ploch nad 0,5 ha vyjádřené jednak jako procentuální zastoupení vodních ploch v jednotlivých oblastech (km2.km-2) a jednak jako počet vodních ploch na jednotku plochy (ks.km-2). I v případě těchto ukazatelů se vyznačuje největším zastoupením rybníků a vodních nádrží nad 0,5 ha Třeboňsko s hodnotami 0,083 km2.km-2 a 0,55 ks.km-2. Poměrně vysoké hodnoty odpovídají i oblasti Blatenska – 0,032 km2.km-2 a 0,49 ks.km-2. Na opačném pólu se nachází oblasti Kostelecka a Blanicka s hodnotami 0,006 a 0,005 km2.km-2 a 0,15 a 0,28 ks.km-2.

 

Obr. 15. Vztah mezi průměrnou sklonitostí (%) a mediánem velikosti rybníků větších než 0,5 ha (ha)
Fig. 15. The relationship between average slope (%) and median of fishponds areas larger than 0.5 ha (ha)

 

Obr. 16. Vztah mezi průměrnou nadmořskou výškou (m n. m.) a průměrnou velikostí rybníků větších než 0,5 ha (ha)
Fig. 16. The relationship between average elevation (m a.s.l.) and average area of fishponds larger than 0.5 ha (ha)

 

Obr. 17. Vztah mezi průměrnou sklonitostí (%) a průměrnou velikostí rybníků větších než 0,5 ha (ha)
Fig. 17. The relationship between average slope (%) and average area of fishponds larger than 0.5 ha (ha)

Pro potřeby podrobnějšího posouzení vztahu mezi morfologickými ukazateli a strukturou rybníků v jednotlivých oblastech bylo zpracováno grafické znázornění jejich hodnot, a to jak pro rybníky historické, tak pro ty současné. Pro posouzení byly jako charakteristiky popisující morfologii zvoleny průměrná nadmořská výška a průměrný sklon, pro rybníky pak hustota vodních ploch a hodnota mediánu a průměru velikost rybníků s rozlohou nad 0,5 ha. Tyto hodnoty jsou znázorněny v grafech na obr. 1017. Z grafického znázornění je patrné, že ve většině případů neexistuje významný vztah mezi porovnávanými ukazateli. Výjimku tvoří vztah mezi hustotou rybníků v ks.km-2 a průměrnou sklonitostí oblasti a průměrnou velikostí rybníků a průměrnou sklonitostí. V obou těchto případech je patrný nárůst hustoty rybníků a jejich průměrné velikosti s klesající průměrnou sklonitostí. To naznačuje, že rybníky byly budovány spíše v plošších územích a že v těchto územích byly stavěny rybníky s větší výměrou.

Za pozornost stojí dále skutečnost, že v případě oblastí s vysokou hustotou vodních ploch (Blatensko a Třeboňsko) jsou všechny nádrže nad 0,5 ha starší než cca 160 let a že se zde tedy nenachází žádné relativně nové nádrže. To lze chápat především tak, že s ohledem na vysokou hustotu vodních ploch v těchto územích jednak nebyl prostor a vhodné profily pro budování nových a jednak nebyla potřeba budovat další nádrže.

Závěr

Prezentované oblasti byly voleny tak, aby reprezentovaly území s odlišnými charakteristikami. Předmětem analýzy byl historický vývoj, morfologie terénu a samotná struktura sítě vodních nádrží v řešeném území. Výsledky ukazují, že vytipované oblasti jsou vhodné pro další řešení projektu, jelikož jsou výrazně odlišné vzhledem k uvažovaným charakteristikám. Liší se jak strukturou rybniční sítě, tak morfologickými charakteristikami. V případě morfologických charakteristik se ukazuje zejména závislost mezi sklonitostí terénu v oblasti a hustotou vodních ploch. Ta má podobu klesající hustoty vodních ploch s narůstající sklonitostí. Stejně tak výsledky naznačují nárůst velikosti vodních ploch s klesajícím průměrným sklonem. Obojí patrně souvisí s tím, že historicky byly rybníky zakládány v plochých podmáčených oblastech, jelikož zejména mělké rybníky byly vhodné pro teplovodní chov ryb. Naopak v případě dalších posuzovaných kombinací ukazatelů se závislost neukazuje.

V případě hodnocených oblastí byl odlišný i jejich historický vývoj, který však bude nutno podrobně posoudit na základě studia historických map i dostupných písemných pramenů. Prvotní analýzy však ukazují, že v oblastech s vysokou hustotou vodních ploch se v podstatě nevyskytují žádné novodobé vodní nádrže. V dalších krocích budou zkoumány mimo jiné vlastnosti hrázových těles a podrobný historický vývoj množství vodních ploch v jednotlivých oblastech s využitím mapových a dalších podkladů zachycujících období starší než v případě druhého vojenského mapování, tedy první poloviny 19. stol. To však bude představovat značný objem manuální práce vzhledem ke skutečnosti, že starší mapové podklady nemají dostatečnou polohovou přesnost. S ohledem na zaměření projektu, v jehož rámci byly prezentované analýzy provedeny, je však znalost historického kontextu nezbytná. Péče o hráze historických rybníků je velmi náročná a znalost období jejich vzniku umožňuje jednak identifikaci těch nejcennějších a jednak pomáhá, při znalosti vývoje technologií stavby rybníků v minulosti, zvolit vhodný přístup k péči či postup opravy.

Navazující výzkum bude též zahrnovat rozšíření hodnocení na více oblastí s cílem získat větší soubor, s jehož využitím by bylo možno provést hodnocení struktury rybníků v širším měřítku. To může dále sloužit jako podklad pro identifikaci území, v nichž je žádoucí nádrže obnovovat či nově budovat. Pokud se pak ukáží některé charakteristiky území jako významně determinující některé charakteristiky rybníků a vodních nádrží, lze výsledky získané popsaným postupem využít pro potřeby formulace doporučení pro výstavbu nových nádrží.

Poděkování

Výsledky prezentované v tomto příspěvku byly dosaženy v rámci řešení výzkumného projektu DG16P02M036 Údržba, opravy a monitoring hrází historických rybníků jako našeho kulturního dědictví řešeného v rámci programu NAKI II financovaného Ministerstvem kultury ČR.

Posted by & filed under Hydraulika, hydrologie a hydrogeologie.

Souhrn

Článek řeší problematiku stability břehů vodních nádrží s rozvinutou břehovou abrazí a možnosti využití aktivních stabilizačních prvků za použití zejména přírodních materiálů. Problematika stability břehů je demonstrována na příkladu vodního díla Brno, konkrétně v oblasti Osada. Právě v této části nádrže se nejvíce projevila rozvinutá abrazní činnost, která se zde vyskytuje v podobě značných abrazních srubů a abrazní plošiny. Dalším specifikem této lokality je stavební uzávěra – tzn. znemožnění jakýchkoliv zásahů do břehů. Z hlediska zachování takového břehu je vhodné použít prvky aktivní protiabrazní ochrany.

Úvod

Abraze je jednou ze základních forem přetváření břehů vodních nádrží. Do těchto forem dále spadají sesuvy a jiné svahové pohyby, akumulace a omývání [1]. Jedná se o plošné obrušování dna a břehů způsobené pohybem vody s následným transportem a ukládáním erodovaného materiálu do prostoru nádrže [2]. Samotná abraze bývá definována jako proces mechanické destrukce hornin způsobený vlnobitím a prouděním, což vede při déletrvající úrovni hladiny v nádrži k vytváření strmého případně svislého abrazního srubu. Při patách abrazního srubu dalším působením pohybu vody dochází k vyplavování jemné frakce a následně až ke vzniku kaveren zasahujících do svahu. Takto vzniklý převis se může zřítit [1].

Obr. 1. Vodní dílo Brno – zájmová lokalita
Fig. 1. Brno dam reservoir – location of interest

Pásmo, kde se projevila abraze, bývá tvořeno abrazní částí, kde se projevuje destrukční činnost vln, a částí akumulační, kam je abradovaný materiál ukládán [1]. Tento proces se však neprojevuje na všech březích nádrží, ale pouze v místech, která jsou k abrazi náchylná [2].

Břehová abraze se projevila i na vodním díle Brno (dále jen VD Brno), konkrétně v rekreační oblasti Osada, která se nachází na levém břehu nádrže. Jedná se o oblast, která je vlivem spolupůsobení několika faktorů nejvíce postižena břehovou abrazí (faktory ovlivňující abrazi na VD Brno v oblasti Osada: délka rozběhu větru, převažující směr a rychlost větru nad vodní hladinou, geologické a morfologické podmínky pobřežní oblasti nádrže a vodní doprava) (obr. 1). Břehy v této oblasti jsou neustále rozrušovány v celkové délce cca 250 m. Abrazní činnost se zde projevila ve formě kolmých abrazních srubů s výškou dosahující až 5 m a abrazní plošinou, kde je abradovaný materiál dále rozmílán a odplavován do prostoru nádrže (obr. 2). Takové projevy vodní eroze mohou mít negativní dopady jak na stabilitu různých objektů nacházející se v těsné blízkosti břehu (chaty a jiná rekreační zařízení včetně komunikací) a ohrožení samotných návštěvníků či rekreantů, ale také dochází ke smyvu půdy do nádrže, což vede k jejímu zanášení a zároveň ztrátám půdy [3, 4]. Nicméně tyto útvary vzniklé především lidskou činností (vybudováním a provozováním vodního díla) v případě VD Brno podléhají ochraně v podobě stavební uzávěry, která má nejen chránit tento úkaz, ale také zachovat hnízdiště ledňáčka říčního (Alcedo attis, L.), který hnízdí právě na kolmých stěnách abrazních srubů. Vlivem tedy stavební uzávěry není možné jakkoliv zasahovat do těchto břehů. Proto je velmi vhodné v takové lokalitě použít aktivních stabilizačních prvků, které jednak omezí rozplavování břehů a zároveň zachovají břehové struktury (biodiverzita vázaná na takový typ břehů).

Materiál a metodika

V oblasti Osada bylo navrženo a následně zrealizováno několik typů prvků aktivní protiabrazní ochrany břehů, které mají za úkol snížit účinek dopadu vlnění vodní hladiny a následného rozvoje abrazní činnosti na břehy a ochránit tak biotop živočichů vázaných na kolmé stěny abrazních srubů. Kromě aktivní ochrany břehů může být použita i pasivní ochrana jako součást břehového zpevnění. Pokud však vzniknou vlivem abraze vysoké abrazní sruby, pak je užití pasivní ochrany velmi nákladné.

K realizaci aktivních ochranných prvků byly použity biotechnické a biologické konstrukce na bázi vlnolamů – jedná se o oživený gabion, jednoduchý a dvojitý zápletový plůtek a vrbový porost. Tyto stabilizační prvky jsou tvořeny především místním přírodním materiálem, jako je kámen a živé prýty dřevin, zejména rodu Salix, z pobřežní části přehrady.

V následujících částech článku budou uvedeny popisy měření a výsledky vztahující se pouze k dvojitému zápletovému plůtku. Tento typ aktivní protiabrazní ochrany byl založen na jaře roku 2014 na abrazní plošině rovnoběžně s břehovou linií ve vzdálenosti cca 5 m od paty abrazního srubu (který je vysoký cca 4–5 m). Práce byly započaty během jarního období, kdy hladina vody v nádrži ještě nedosahovala běžného stavu nadržení a nacházela se 4 m pod normálem (úroveň hladiny v měsících duben–září). Rozměry konstrukce jsou 0,6 × 0,3 × 7,0 m (výška × šířka × délka). Jako stavební materiál byl použit kámen a štěrk z abrazní plošiny (frakce 4–125 mm, kámen do hmotnosti 1,5 kg), vrbové kůly s průměrem 3–4 cm a délkou 1,2 m. Dále byly použity vrbové prýty s minimální délkou 1,5 m. Vrbové kůly byly zaraženy do abrazní plošiny ve vzdálenosti 0,5 m (vztaženo k jedné řadě zápletového plůtku) a dále vypleteny vrbovými prýty. Druhá řada zápletu je souběžná s řadou první a nachází se ve vzdálenosti 0,3 m od řady první. Takto vytvořené zápletové plůtky byly vyplněny místním kamenem a štěrkem. Finální podoba takového opatření je kombinací biologických a technických prvků. Jak již bylo zmíněno, objekt se nachází 5 m od paty abrazního srubu směrem do nádrže. Výška objektu respektuje úroveň nejčetnější hladiny vody v nádrži, která se zde vyskytuje od dubna do září. Úroveň nejčetnější hladiny v nádrži s hodnotou 228,80 m n. m. byla stanovena statistickými metodami (data úrovní hladin z let 2010–2014). Horní část konstrukce dosahuje výšky úrovně hladiny 228,70 m n. m., tzn., že během hlavní sezony je vrch konstrukce zatopený, nachází se 5–10 cm pod hladinou (nicméně v rámci manipulace s vodou v nádrži dochází ke kolísání hladiny) a i tak tato konstrukce plní funkci vlnolamu.

Obr. 2. Vodní dílo Brno, oblast Osada – abrazní srub
Fig. 2. Brno dam reservoir, Osada area – abrasion cover

V případě VD Brno, oblasti Osada mají největší vliv na rozvoj břehové abraze právě vlny neboli vlnění vodní hladiny vzniklé působením větru. I když převažující směr větru na VD Brno je severo­‑západní, tak vítr mající největší vliv na rozvoj abraze je spíše opačný, a to jiho­‑východní. To je dáno zejména délkou rozběhu větru po hladině nádrže, která v tomto směru je asi 2 050 m. Prováděné experimenty na této lokalitě jsou založeny na teorii nepravidelných vln. Analýza průběhu vln je dána statistickým zpracováním naměřených dat [5, 6]. Data jsou získány pomocí záznamu zachycující průběh pohybu vodní hladiny k určitému místu. Každá vlna je pak určena určitým lokálním maximem (vrchol vlny) a lokálním minimem (úžlabí vlny) z celého záznamu pohybu vodní hladiny [7].

V rámci naměřených hodnot (průběhu vln) není možné říci, že všechny vlny jsou stejné, a to v důsledku náhodného pohybu vodní hladiny. Ale v případě, pokud budeme brát hladinu jako stacionární, pak budou statistické vlastnosti rozložení periody a výšky vln v rámci několika záznamů obdobné. Proto je nejvhodnější pro popis stavu hladiny vody – naměřených dat – použít statistické metody [8, 9].

Teorie charakterizující pohyb vodní hladiny (vlnění) jsou založeny na konceptu určení významně nebo také charakteristické výšky vlny (H1/3). Významná výška vlny je tedy průměrná výška jedné třetiny nejvyšších vln z celého záznamu, nebo také výška vlny s 13% pravděpodobností výskytu [10]. Tento termín je používán při řadě výpočtů nejen v zahraniční literatuře, ale i v ČSN 75 0255 [11], Výpočet účinků vln na stavby na vodních nádržích a zdržích.

Jednotlivá data jsou pořízena jako záznam průběhu pohybu vodní hladiny. Tento záznam byl pořízen dvěma synchronizovanými senzory s nepřetržitým měřením na základě elektrického odporu, které byly umístěny na dno před a za (na návětrné a závětrné straně) prvek aktivní protiabrazní konstrukce, v našem případě dvojitý zápletový plůtek.

Výsledky a diskuse

Perioda a výška vlny nejsou s postupem času konstantní, jednotlivé vlny se v čase od sebe liší. V rámci teorie postupných vln je nutné určit vlastnosti vln (tedy výšku vlny) pomocí statistické analýzy jednotlivých složek vln obsažených v celém záznamu. Je velmi důležité, aby celkový záznam zachycující pohyb vodní hladiny byl dostatečně dlouhý a obsahoval několik stovek vln, tak aby statistické výpočty vykazovaly spolehlivé výsledky. Námi prezentované výsledky byly zpracovány na základě kontinuálního sběru dat, který trval cca 53 minut. Celý datový soubor obsahoval přibližně 41 500 záznamů zachycujících průběh vodní hladiny vztažené k určité nadmořské výšce, a to pro každé čidlo (tedy asi 13 záznamů za vteřinu).

Analýza průběhu vln je spíše manuální proces, během něhož je nutné určit výšku a periodu vlny v rámci celého záznamu a vylišit tak pouze části vln, které překračují nulovou hladinu (úroveň nebo nadmořská výška vodní hladiny, která by nastala, kdyby byla vodní hladina v naprostém klidu), a určit jednotlivé vrcholy a úžlabí vln. Nejprve je tedy nutné celý záznam rozdělit do několika segmentů neboli časových úseků, pro které byly určeny jednotlivé výšky vln. V našem případě byl celý záznam rozdělen do pětiminutových úseků. Výška vlny je pak definována jako svislá vzdálenost mezi dvěma po sobě jdoucími body s maximální a minimální hodnotou vztažené k nulové hladině [12]. Všechny lokální maxima a minima, které nepřekračují nulovou hladinu, jsou z výpočtů vyřazeny (obr. 3). Celý proces zpracování dat byl proveden v programu MS Excel za pomocí logických rozhodovacích funkcí, filtrování a skriptů.

Obr. 3. Část časového úseku pořízeného záznamu s vyznačenou nulovou hladinou, detailem křížení naměřených dat s nulovou hladinou a určení bodů, které definují parametry vln
Fig. 3. Segment of water surface record and zero­‑crossing technique in detail

Pomocí metody křížení nulové hladiny bylo celkem získáno přibližně 5 500 vln (2 900 vln ze senzoru umístěného na návětrné straně konstrukce a 2 600 vln ze senzoru na závětrné straně). Jakmile byla zjištěna skutečná nadmořská výška vodní hladiny, byla vypočítána hodnota výšky vlny H pro každou vlnu.

Z vypočítaných výšek vln bylo dále nutné statisticky zpracovat a určit tři typy vln s konkrétní pravděpodobností výskytu: průměrná výška vlny s pravděpodobností výskytu 50 %, charakteristická výška vlny s pravděpodobností výskytu 13 % a maximální výška vlny s pravděpodobností výskytu 1 %, což znamená výška vlny s 50, 87 a 99 percentily získaných dat. Pro lepší přehlednost byla tato data zobrazena v následující tabulce (tabulka 1).

Pořízený záznam zachycující pohyb vodní hladiny o délce cca 53 minut bylo nejprve nutné rozdělit do kratších časových úseků s intervalem 5 minut (v tabulce jsou data uvedeny v sekundách), a to pro každý senzor zvlášť – v tabulce uvedeny jako: I. data ze senzoru na návětrné straně a II. data ze senzoru umístěného na závětrné straně ochranného prvku. V dalších sloupcích jsou uvedeny hodnoty výšek vln pro průměrnou, charakteristickou a maximální výšku vlny. Ve sloupci redukce je pak uvedeno srovnání záznamů z obou senzorů ve stejném časovém úseku. Hodnota v tomto sloupci je uvedena v procentech a vypovídá o účinnosti, s jakou dojde ke snížení výšky vlny vlivem aktivní protiabrazní ochrany. V případě průměrné výšky vlny (H50%) byla účinnost v průměru 58 %, charakteristická výška vlny (H13%) byla účinnost 54 % a hodnoty maximální výšky vlny (H1%) byly poníženy v průměru o 57 %.

Obecný princip procesu snížení výšky vlny díky ochrannému prvku je znázorněn na obr. 4. Vlny se šíří po nádrži směrem k ochrannému prvku (v našem případě dvojitému zápletovému plůtku) v závislosti na směru větru. Jakmile vlny dorazí k překážce, začnou se při jejím horním okraji deformovat a lámat, i když se jedná o zatopenou konstrukci. To je způsobeno tím, že pohyb vodních částic je ovlivněn právě pohybem vodní hladiny do hloubky, která se rovná polovině výšky vlny (vztaženo k hladině v klidu), další podrobnosti v [6, 13]. V době měření měla vodní hladina výšku 228,75 m n. m. (úroveň vodní hladiny, kdyby se zde nevyskytovalo vlnění) a horní hrana konstrukce se nacházela 5 cm pod úrovní hladiny. Vlivem této skutečnosti a dále vlivem propustnosti konstrukce nedochází k úplné redukci vln. Díky tomu můžeme pozorovat vlny na závětrné straně konstrukce se sníženými parametry vln. Rozdíl mezi parametry vln z návětrné a závětrné strany konstrukce v relativním tvaru může být považováno za účinnost konstrukce. Snížení energie vln vlivem ochranných konstrukcí může vést ke zmírnění dopadu abraze v místě dotyku vodní hladiny a narušeného břehu.

Obr. 4. Schéma zachycující účinnost ochranné konstrukce: redukce výšky vlny vlivem konstrukce
Fig. 4. Scheme of structure effectivity: wave height reduction by active stabilization structure

Aktivní ochrana břehů, která byla realizována na VD Brno v oblasti Osada, je tvořena zejména místním materiálem (kámen přímo z abrazní plošiny nádrže, vrbové prýty dovezeny z nedaleké obce Veverská Bítýška (z konce vzdutí nádrže) a z toho důvodu se jedná o konstrukce velmi levné – náklady jsou spojeny pouze s dopravou materiálu. V případě aktivní ochrany tvořené gabionem byly náklady asi 1 000 Kč na metr konstrukce. Jako výplňové kamenivo posloužil opět místní materiál. Pokud by měly být jednotlivé realizované konstrukce posouzeny z hlediska trvanlivosti, pak by jako nejtrvanlivější a nejodolnější byl právě gabion. Naopak jednoduchý zápletový plůtek vykazoval nejnižší trvanlivost a odolnost.

Dvojitý zápletový plůtek je konstrukce, kterou je vhodné použít v lokalitách s dostatkem stavebního materiálu. Samotná konstrukce je na provedení nenáročná, téměř bez finančních nároků (pokud není počítána doprava) a poměrně odolná proti účinkům vln. Nevýhodou této konstrukce je její životnost, která je dána degradací vrbového materiálu.

Data zde uváděná byla získána za podpory projektů Aktivní protiabrazní konstrukce a Minimalizace ztrát lesní a zemědělské půdy vlivem erozních a abrazních procesů v krajině. V současné době jsou prováděna další měření a následné zpracování dat. Výsledky mohou přispět k diskusi o možných stabilizačních opatřeních pobřežních lokalit, kde není možné či zcela vhodné použít tradiční pasivní ochranu břehů.

Závěr

Celý článek se zabýval tématem použití aktivních protiabrazních opatření jako možný způsob ochrany břehů, vztaženo ke konkrétní lokalitě, a to na VD Brno, oblast Osada, kde se projevila rozsáhlá abrazní činnost v celkové délce asi 250 m pobřeží. Právě zde bylo vytvořeno několik experimentálních ochranných opatření, pro které byla zjišťována jejich efektivita – snížení vlivu účinků vln vzniklých pomocí větru či vlivem lodní dopravy. Byly zde vytvořeny konstrukce technické, biologické i biotechnické. Tento článek však neřešil všechny typy konstrukcí, pouze však jednu, a to dvojitý zápletový plůtek (biotechnické opatření), který funguje na základě ponořeného vlnolamu.

Tabulka 1. Výsledky statistického zpracování naměřených dat – účinnost ochranné konstrukce
Table 1. Results of statistical processing of measured data – the effectiveness of the protective structure

Rozměry použité konstrukce jsou 0,6 × 0,3 × 7,0 m (výška × šířka × délka). Celá konstrukce je umístěna ve vzdálenosti 5 m od paty abrazního srubu rovnoběžně s břehovou linií. Výška konstrukce byla zvolena s ohledem na výšku hladiny s nejčetnějším výskytem (stanoveno pro měsíce duben až září).

Cílem experimentu bylo zjistit účinnost tohoto ochranného opatření. To bylo prováděno pomocí dvou synchronních senzorů zachycujících pohyb vodní hladiny jak na návětrné straně, tak na závětrné straně ochranné konstrukce. Záznam zachycující průběh pohybu vodní hladiny trval 53 minut a obsahoval přibližně 41 500 záznamů z každého senzoru. Tento záznam bylo nutné dále zpracovat pomocí statistických výpočtů. Pro lepší orientaci ve velkém množství dat byl celý časový záznam rozdělen do několika časových úseků s intervalem 5 minut. Následně pro všechny data byla vypočítána výška vlny. Pomocí metody křížení nulové hladiny bylo zjištěno, že záznam obsahoval přibližně 5 500 vln (údaje z obou senzorů).

Pro takto získané výšky vln byly statisticky zjištěny pravděpodobnosti výskytu vln: průměrná výška vlny H50%, charakteristická výška vlny H13% a maximální výška vlny H1%. Srovnáním hodnot výšek vln z obou senzorů za stejný časový úsek jsme získaly účinnost ochranného prvku spočívající v redukci výšky vlny. V případě průměrné výšky vlny (H50%) došlo k redukci výšky vlny o 58 %, v případě charakteristické výšky vlny (H13%) to bylo 54 % a v případě maximální výšky vlny (H1%) došlo v průměru k redukci o 57 %. Toto jednoduché a levné ochranné opatření z přírodních materiálů, a pokud je dobře umístěné, může zklidnit účinky vlnění a přispívat tak k ochraně pobřeží.

Poděkování

Tento výzkum byl spolufinancován projekty IGA – MENDELU:

  • číslo projektu: LDF_VT_2015011 – Aktivní protiabrazní konstrukce,
  • číslo projektu: LDSF_PSV_2016002 – Minimalizace ztrát lesní a zemědělské půdy vlivem erozních a abrazních procesů v krajině.

 

Posted by & filed under Ze světa vodního hospodářství.

Povodně a sucho, dva opačné klimatické extrémy. Jaká je úloha krajiny v jejich zvládání a jaká opatření může či by měla společnost realizovat?

Tohle je velmi často kladená a velmi populární otázka, na kterou neexistuje jednoduchá odpověď. Resp. jednoduché odpovědi můžeme slyšet velmi často, nicméně v takových případech se jedná o spekulace, manipulace nebo sledování vlastních cílů. Krajina má pochopitelně ve zvládání klimatických extrémů úlohu zcela nezastupitelnou, ale vždy záleží na míře daného jevu. Pokud bude sucho či epizoda vyvolávající povodeň mírnější, je krajina nepochybně schopna takový výkyv vyrovnat, nebo ho alespoň výrazně tlumit.

V takovém případě je stav krajiny zcela zásadní a krajina v dobrém stavu (míněno tím diverzita, dostatečné zastoupení zeleně, travních porostů apod. – zkrátka to, co si lidé představují pod pojmem „hezká krajina“) nám přinese velké benefity v podobě retenční kapacity. Na druhé straně, pokud se vyskytnou extrémní jevy (srážky nebo sucho), vliv stavu krajiny bude rychle vyčerpán a buď budeme mít k dispozici zálohy (volné retenční prostory ve vodních nádržích nebo naopak zásoby vody v nádržích), nebo budeme čelit všem důsledkům povodně nebo sucha. Je třeba si uvědomit, že retenční kapacita krajiny (v obou významech – tedy udržení vody pro pokrytí sucha i zachycení povodňových odtoků) je přibližně konstanta, jejíž velikost je dána půdními charakteristikami, vegetací, způsobem využití i momentálním stavem. Významnost funkce krajiny tak bude klesat se stoupajícím významem stresoru (povodeň nebo sucho). Další velmi podstatnou informací, kterou jsem vlastně zmínil o několik řádek výše, je i to, že rozhodujícím retenčním prostorem v krajině není vegetace, ale půda. Vegetace a způsob využití krajiny jsou vidět, stav půdy na první pohled nikoliv. Pokud půda dokáže zadržet spadlou vláhu, bude to mít obrovský vliv. Zde ale opatření nejsou tak efektní, jsou dlouhodobá a jsou velmi složitá – jde zejména o snižování utužení půdy, zvyšování podílu organické složky, podporu struktury a další. To nejsou opatření investičního charakteru, která lze ukázat v televizi, kolaudovat a se slávou prezentovat. Jedná se o dlouhodobou práci každého jednotlivého farmáře nebo zkrátka vlastníka jakéhokoliv pozemku. Takže jasná odpověď na Vaši otázku? Společnost by měla realizovat vyváženě všechny typy opatření – zvyšovat diverzitu krajiny, např. v rámci pozemkových úprav, chránit půdu formou osvěty i dotačních programů a v neposlední řadě budovat poldry i vodní nádrže, a to jak malé, tak i ty velké.

Jaká je situace ve vysokém školství ve vztahu k přípravě odborníků specializovaných na vodu v krajině a environmentální otázky? Proč je na absolventy oboru životního prostředí (bez rozdílu na které vysoké škole jej absolvují) nahlíženo odbornou praxí spíše negativně? Není současná výuka oboru životní prostředí příliš zaměřena na ochranu životního prostředí z pohledu ekologického? Zejména ČVUT by měla vychovávat odborníky, kteří dokáží skloubit otázky ochrany životního prostředí s technickými nástroji spojenými s užíváním krajiny.

Ano, máte pravdu, situace není růžová. Není růžová obecně v technických oborech, protože studenti velmi často volí k získání diplomu „cestu nejmenšího odporu“. Dnes je mnohem populárnější stát se ekonomem, právníkem, filosofem, politologem nebo sociologem, než studovat technické obory. Ty nabízejí v době studia poměrně hodně práce, po studiu pak práci s velkou zodpovědností a pouze průměrnými platy. To dnes mnoha uchazečům není dost. Navíc se nacházíme v době populačně slabých ročníků.

Voda patřila a patří na stavební fakultě historicky k elitním oborům, i dnes je vnímána jako obor těžký. Pokud má student možnost vystudovat alternativu na jiné škole jednodušším způsobem, nelze se mu divit, že volí jinou cestu. Navíc, abych nekritizoval jen studenty, ČVUT jako velká, historická, špičková, kamenná univerzita nejde ve svém PR cestou populismu, tedy nepodbízí se. Tím ale prohrává se školami, které jdou studentům více naproti.

Environmentální otázky jsou dnes ve společnosti velmi žhavé a často kontroverzní téma. Obor Inženýrství životního prostředí (IŽP) zakládali před více než 20 lety na FSv ČVUT docenti Vrána a Rohon. Smyslem bylo vytvořit absolventa technické univerzity, který bude stále technikem (v našem případě bude mít titul stavebního inženýra se vším, co k tomu patří), a přitom bude schopen komunikovat jak názorově, tak terminologicky s absolventy škol přírodovědného zaměření. Ten cíl se podařil a podle mne praxe vnímá naše absolventy oboru IŽP velmi dobře. Nacházejí uplatnění a jsou ceněni oběma stranami mimo jiné pro to, že jsou schopni se na problém dívat nestranně. V současné době se snažíme vytvořit novou vizi a koncept studia oboru IŽP tak, aby vyhovoval lépe požadavkům praxe, které se za více než 20 let trochu posunuly.

Jaká je mezinárodní spolupráce katedry v oblasti vzdělávání a výzkumu? Které mezinárodní projekty řeší Vaše katedra a co chystáte na nejbližší období?

Katedra je součástí celé univerzity a fakulty, což jsou mezinárodně vysoce uznávané instituce s vysokým ratingem. Snažíme se tuto pozici nejen využívat, ale univerzitě i vracet tím, že v dobrém šíříme její jméno a reputaci. Máme navázanou celou řadu spoluprací a živých kontaktů jak v oblasti vědy a výzkumu, tak v pedagogické rovině.

V rámci pedagogiky naše katedra přijímá studenty jak v úrovni magisterského, tak i doktorského studia ze stále více zemí. V letošním roce se u nás vystřídali na dvou a více měsíčních stážích studenti z Německa, USA, Brazílie, Indie, Rakouska a Španělska. Naše studenty (diplomanty a doktorandy) jsme vyslali do USA, Rakouska, Německa.

V oblasti výzkumu se naše katedra orientuje jak na nejbližší partnerská pracoviště v Rakousku a Německu, ale i v Belgii, Itálii, Francii, Maďarsku, Španělsku, tak na vzdálenější renomované instituce především v USA.

Chápeme, že Česká republika je sice významným hráčem na poli vědy a výzkumu, ale rozlohou i počtem obyvatel je malá, takže spolupráce přes hranice je naprosto zásadní. Navíc se člověku otevírají zcela nové obzory a možnosti, formální výzkumná partnerství se časem postupně přetavují v přátelství, zkrátka mezinárodní spolupráci považuji za skutečně klíčovou pro rozvoj jak lidí, tak pracoviště a samozřejmě celého oboru.

Byli jsme zapojeni do řady mezinárodních projektů v programech mobility, AKTION, Interreg, Norských fondů, Americké NSF a COST. V posledních dvou letech jsme neúspěšně podali jako členové konsorcií několik projektů do soutěží HORIZON2020, Central Europe a RISE. Zdá se, že jsme naopak byli úspěšní v soutěžích Interreg SRN a DANUBE region. Za významný úspěch je možno považovat i schválený projekt na podporu studentů společně s Univerzitou v Lincolnu – Nebrasca, USA. Aktuálně čekáme na rozhodnutí ohledně podaných projektů FWF – GAČR podaný společně s kolegy z rakouské BOKU a dále LTA spolupráce s USA. V plném proudu je práce i na dalších návrzích a projektech.

Jak vypadá spolupráce katedry s dalšími odbornými pracovišti? Má katedra aktuální reakce a požadavky odborných firem? A daří se tyto požadavky začleňovat do učebních plánů?

Obecně vzato – naše katedra se zabývá jednak krajinným inženýrstvím, zde většinou v aplikované podobě, a jednak otázkami srážko­‑odtokových vztahů, půdní fyzikou v nasycené i nenasycené zóně, transportem rizikových látek půdou a dalšími oblastmi, a to zejména v oblasti základního výzkumu. V zásadě je patrné, že zde není příliš mnoho prostoru ke spolupráci s firmami. Našimi zadavateli a zákazníky jsou spíše státní instituce – státní správa, správci vodních toků, apod. Velmi dobrou a dlouhodobou spolupráci tak máme jednak s podniky Povodí (zejména Vltavy, Labe, Ohře a Moravy), pracovali jsme i pro krajský úřad Středočeského kraje. Úzce spolupracujeme i s výzkumnými ústavy, nejblíže máme k VÚV a VÚMOP. Ze soukromých společností máme blízké aktivity s velkými vodohospodářskými projekčními firmami VRV, a. s., a SWECO Hydroprojekt, a. s. Zde můžeme nabídnout zejména aplikaci výsledků našeho výzkumu v praxi. A tak by to asi mělo i být, že?

Vaše otázka na využití zkušeností ze spolupráce s praxí ve výuce je velmi trefná. Ano, snahou je, aby učitelé, kteří předávají znalosti studentům, zejména v oblasti aplikovaných předmětů, měli zkušenosti s tím, co učí. Pokud učíte něco, co jste nikdy nedělal, je to vidět a studenti to pochopitelně poznají. Doufáme, že se nám to daří, což je snad cítit i z vcelku pozitivního hodnocení, které od studentů dostáváme.

Co je pravdy na soupeření mezi vysokými školami či dokonce katedrami jedné fakulty o studenty? Jsou nějaká omezení, jak se to dotýká katedry a přípravy studentů?

Do jisté míry je to pravda. Jestliže se v naší zemi dlouho hlásala všespásná teze o „neviditelné ruce trhu bez regulací“ a o ekonomické efektivitě, a pokud vysoké školství funguje ve snaze o maximální zahrnutí výkonů do rozdělování peněz, je logické, že zde nastává „boj o studenta“. Student přináší peníze a je třeba ho nejen získat, ale i udržet. Přitom každá škola balancuje na hraně mezi podbízením se a nabídkami snadno získatelných diplomů na straně jedné a ztrátou prestiže na straně druhé. ČVUT myslím vcelku správně v tomto balancování těží ze svého historického renomé a etabluje se do pozice nikoliv jednoduché, leč prestižní technické školy. Tím si sice udrží ty nejlepší uchazeče (ty, kteří na to mají vědomosti a vědí přesně, za čím jdou), ztrácí ale ty průměrné a podprůměrné, kteří často volí snadnější cestu k diplomu.

To je cesta, která v řeči absolutních čísel, počtů studentů kamenné kvalitní a tedy i těžké školy handicapuje. Systém na ČVUT bych charakterizoval jako maximálně liberální v tom smyslu, že se snaží být spravedlivý ke všem jeho účastníkům, všem ponechává jejich šance a možnosti. Současně vytváří minimum různých omezení a restrikcí. Tento systém má pochopitelně i řadu nevýhod. To by ale bylo na skutečně dlouhou diskuzi.

Co se týče studentů, velmi doufám, že se jich to nijak nedotýká, a pokud ano, pak jen pozitivně, protože konkurenční prostředí nutně vytváří tlak na poskytovatele, v tomto případě na univerzity, fakulty, katedry, oslovit studenty s nejlepší nabídkou a své slovo pak i dodržet. A jsme zpátky u toho, jak má vypadat „nejlepší“ nabídka.

Co považujete za hlavní přednost Vašeho pracoviště? Na co byste nalákal budoucí studenty, aby si vybrali právě Vaši katedru?

To je velmi těžká otázka, protože se správně říká, že samochvála smrdí.

Ale snažíme se být otevřené a moderní pracoviště. Pokrýváme poměrně široký záběr oborů jak v základním, tak v aplikovaném výzkumu, jsme relativně mladý tým, silně orientovaný na spolupráci s praxí a se zahraničím. Snažíme se naše studenty motivovat k výjezdům na naše partnerská zahraniční pracoviště. Velmi živě se zajímáme o možnosti externí spolupráce a možnosti získání externích výzkumných i aplikačních projektů. Máme hodně aktivní experimentální část zahrnující jednak stabilní experimentální plochy, ale i výjezdy na terénní simulace s mobilním dešťovým simulátorem. Jsme na špičce ve využívání moderních softwarů, zařízení terénních i laboratorních technologií.

Pokud bych měl charakterizovat studenta, kterého hledáme, a věříme, že máme co mu nabídnout, pak je to přiměřeně ambiciózní, samostatný a schopný člověk, který se nebojí nepohodlí a překážek, rád pracuje v týmu, nevadí mu pobyt v terénu, přiměřeně zvládá alespoň angličtinu a nebojí se ji používat a je motivován samostatně řešit problémy.

Katedra má v názvu hydromeliorace. V souvislosti s klimatickou změnou se hovoří o potřebě zajištění vody pro závlahy. Jak vypadá situace v oblasti závlah v České republice? Bude to opravdu problém pro budoucí zemědělce a máme na tuto problematiku dostatek odborných kapacit? Pokud byste měl charakterizovat hlavní odborné směry, kterými se Vaši studenti zabývají, např. na základě témat bakalářských a diplomových prací, jaké směry to jsou a jaký je jejich podíl?

Co se názvu katedry týče, po roce 1989 jsme několikrát dlouze diskutovali, zda slovo hydromeliorace z názvu vypustit. To slovo bylo za doby socialistického hospodaření v krajině zprofanované stejně jako mnoho dalších v jiných oborech. Bylo dáváno do souvislosti s povodněmi, suchem, meliorace mohly za nízké nebo naopak vysoké stavy zvěře. Zkrátka, hydromeliorace mohly za všechno. Rozhodli jsme se ten název zachovat. Doba se uklidnila, lidé zjistili, co to slovo vlastně znamená, a jak sami říkáte, dost možná v blízké budoucnosti hydromeliorace přijdou opět ke slovu.

Náš odklon od všeho společného, družstevního nebo státního byl po roce 1989 často tak hysterický, že jsme šli proti světovému směru vývoje. Podívejme se například na závlahová nebo strojní družstva v sousedním Rakousku (která mimochodem velmi oceňují naše čerpadla Sigma, která nakoupila za „hubičku“ z našich rušených závlahových čerpacích stanic). Nyní postupně zjišťujeme, že ne na vše stačí jeden malý nebo střední farmář a že spolčování do nějaké formy družstevního vlastnictví vlastně nemusí být až tak úplně špatné.

Závlahy začínají být opět i u nás horké téma. Jsem ale přesvědčený, že se to nebude týkat plošné závlahy běžných polních plodin – alespoň ne v brzké době. Budeme se soustřeďovat na závlahy speciálních plodin – chmele, révy, ovoce, zeleniny. A v tomto sektoru se budou určitě uplatňovat technicky vyspělé způsoby – závlaha kapková, mikropostřik, protimrazová. Podle našich posledních zkušeností se ukazuje, že závlaha je nejpotřebnější v místech, kde ve skutečnosti chybí voda nejen pro rostliny, ale celkově v povodí – tedy, i pokud by zemědělec chtěl zavlažovat, chybí zdroje vody. Na řadě lokalit jsme rovněž narazili na problém s kompetencemi a synergií – tedy zemědělci by rádi zavlažovali, ale existují důvody, kvůli kterým raději budou volit jiné plodiny, protože bohužel velkou slabinou současné podpory je malá provázanost a informovanost jednotlivých sektorů. Opatření, podpora, stimulace a regulace jdou totiž často u různých rezortů proti sobě. Paradoxně, v současnosti podstatně větší zájem o závlahy na našem pracovišti generují automatizované závlahové systémy sportovišť, zahrad a parků než klasické zemědělské závlahy. Zde probíhá intenzivní vývoj (spíše než výzkum). Jak roste životní standard, roste i potřeba zavlažovat z estetických důvodů. Ale uvidíme, co přinese budoucnost. Ve hře je mnohem víc, než jen nutnost nebo možnost dokázat zalít nějakou rostlinu. Do hry vstupují globální ceny energií, uprchlické vlny, touha 75 % obyvatel země po nasycení, které mohou zcela převálcovat relativně pomalu probíhající změny klimatu. A je dost možné, že v dohledné době budeme čelit nutnosti stát se opět potravinově zcela soběstačnými, a možná se potraviny stanou jednou z klíčových komodit a v takovém případě se poptávka po závlaze plodin v ČR dostane do úplně jiného úhlu pohledu.

Jak jsem již zmiňoval, jako pracoviště máme velkou snahu spolupracovat s praxí, a to v takovém rozsahu, v jakém to v naší specializaci jde, a snažíme se zapojovat do takové spolupráce i studenty. Myslím, že se nám to celkem daří a studenty baví pracovat na projektech, které mají nějaký reálný dopad. Stejně tak studentům umožňujeme, aby si přinesli na diplomové projekty vlastní téma z lokality, kterou znají a kde je o řešení zájem. Všeobecně se jedná zejména o záležitosti týkající se budování malých vodních nádrží, revitalizace vodních toků, studie srážko­‑odtokových poměrů, protipovodňovou ochranu malých obcí a sídel, návrhy protierozních opatření, využití nástrojů GIS a DPZ v ochraně a organizaci povodí, ale i práce výzkumného charakteru zaměřené na půdní fyziku, průsaky látek půdou, využití nejmodernějších technologii (například počítačové tomografie) pro popis vlastností půdy nebo vývoj a testování nových přístrojů, zařízení nebo matematických modelů.

Posted by & filed under Ze světa vodního hospodářství.

Tradiční seminář Adolfa Patery se konal dne 16. listopadu 2016 v sídle České vědeckotechnické vodohospodářské společnosti (ČVTVHS) v Klubu techniků na Novotného lávce. Odbornými garanty byli doc. Dr. Ing. Pavel Fošumpaur (ČVUT), prof. Ing. Miloš Starý, CSc. (VUT), který se tentokrát omluvil z přímé účasti, prof. Ing. Ján Szolgay, Ph.D. (STU v Bratislavě), a doc. Ing. Ladislav Satrapa, CSc. (ČVUT). Organizačními garanty byli Ing. Václav Bečvář, CSc. (ČVTVHS), Ing. Petra Nešvarová Chvojková, Ph.D., a Ing. Milan Zukal, Ph.D. (ČVUT). Seminář každoročně poskytuje zázemí pro výměnu zkušeností a názorů odborníků v oblasti extrémních hydrologických jevů z výzkumné sféry a praxe. Semináře se zúčastnilo přesně sto účastníků, z toho studentů a doktorandů z vysokých škol, kterým je poskytována výrazná sleva na vložném, se zúčastnilo osm.

Ústředním tématem semináře byla úloha nádrží při zvládání extrémních hydrologických jevů v povodích. Roli nádrží při zvládání extrémních hydrologických jevů zohledňuje strategický materiál Koncepce řešení problematiky ochrany před povodněmi v ČR schválený Usnesením vlády v roce 2010. Strategicky významným principem koncepce je rozšíření pohledu na řešení problematiky povodní nejen z hlediska neškodného odvedení velkých vod, ale také z hlediska akumulace a retence, popř. využití jako zdroje vody v nádržích pro zvládání období jejího nedostatku. Zatímco v problematice ochrany před povodněmi a realizace příslušných opatření byl v ČR v posledních letech vykonán značný pokrok, otázka ochrany před hydrologickým suchem je velkou výzvou pro nejbližší budoucnost. Hydrologické sucho z let 2014 a 2015 patřilo svým rozsahem k jedněm z nejvýznamnějších v historii, a tudíž akcelerovalo postup příprav strategie v této oblasti. Dokladem je vznik materiálu mezirezortní komise VODA­‑SUCHO, který formuluje řadu koncepčních opatření včetně revize Generelu lokalit vhodných pro akumulaci povrchových vod. V současné době se také intenzivně připravuje Koncepce ochrany před následky sucha na území České republiky, která má být předložena do poloviny roku 2017. Mezi základní technická opatření v této souvislosti bezpochyby patří víceúčelové vodní nádrže.

Smyslem semináře Adolfa Patery bylo zejména podat aktuální informace o roli nádrží při zvládání negativních dopadů hydrologického sucha v uplynulých letech a informovat o stavu příprav vodních nádrží v lokalitách vhodných pro akumulaci povrchových vod. V rámci prvního a druhého bloku vystoupili zástupci jednotlivých podniků Povodí s podrobnými prezentacemi na uvedené téma. Účastníci semináře tak získali velmi ucelený přehled chystaných opatření. V rámci vyzvaných přednášek vystoupili Ing. Břetislav Tureček a Ing. Lukáš Pavlas (Povodí Odry, s. p.), Ing. Miroslav Foltýn a Ing. Marek Viskot (Povodí Moravy, s. p.), Ing. Jaroslav Beneš (Povodí Vltavy, s. p.), Ing. Tomáš Pail (Povodí Ohře, s. p.) a Ing. Luděk Rederer (Povodí Labe, s. p.). O situaci na Slovensku informovala prof. Ing. Emília Bednárová, Ph.D. (STU v Bratislavě). Prof. Ing. Vojtěch Broža, DrSc. (ČVUT), se ve svém vystoupení zamýšlel nad hlavními překážkami realizace nádrží. Dr. Ing. Antonín Tůma (Povodí Moravy, s. p.) diskutoval otázku vztahu veřejnosti k vodním nádržím v důsledku nedostatečné informovanosti a uvedl pozitivní příklad při přípravě výhledové vodní nádrže Vlachovice. Druhý blok semináře ukončil doc. Ing. Radomil Květon, Ph.D. (STU Bratislava), se zajímavou aplikací expertních systémů při řízení provozu vodních nádrží. Ve třetím bloku semináře byly zařazeny zejména odborné příspěvky diskutující aktuální problémy a poznatky z výzkumu a řízení vodních nádrží. Ing. Roman Kožín (VÚV TGM) informoval o průběžných výsledcích projektu zaměřeného na možnosti kompenzace negativních dopadů klimatické změny na zásobování vodou a ekosystémy využitím lokalit vhodných pro akumulaci povrchových vod. Příspěvky v metodické rovině přednesli také další zástupci VÚV TGM. Ing. Nesládková představila nástroj pro střednědobé plánování provozu Vltavské kaskády, který byl připraven ve spolupráci s Ing. Karlem Březinou (Povodí Vltavy, s. p.). Ing. Ladislav Kašpárek a Ing. Adam Beran (VÚV TGM) přednesli příspěvek o výparu z vodní hladiny během hydrologického sucha v roce 2015. Velmi zajímavý příspěvek představil Ing. Michal Tanajewski, který popsal extrémní hydrologickou událost v povodí VD Chřibská a diskutoval neurčitosti při vyhodnocování podobných situací. Ing. Roman Výleta (STU v Bratislavě) prezentoval analýzu a zhodnocení hydrologické bilance toku Parná a vodohospodářské soustavy nádrže Horné Orešany.

Sborník příspěvků byl vydán elektronicky a byl rozdán účastníkům v den konání semináře. Ve sborníku je zařazeno celkem 23 příspěvků. Závěrem semináře bylo konstatováno, že téma role vodních nádrží při zvládání extrémních hydrologických situací je v současnosti velmi aktuální a zaslouží systematickou pozornost nejen v rámci odborných akcí pro vodohospodáře, ale také v osvětové rovině pro širokou veřejnost. Poděkování patří odborným a organizačním garantům semináře a rovněž všem, kteří se aktivně podíleli na jeho průběhu.

Posted by & filed under Ze světa vodního hospodářství.

Seminář se konal v sídle ČVTVHS v kongresovém sále č. 217, Klub techniků, Novotného lávka 5, Praha 1, dne 27. září 2016.

Zaměření semináře

Roky 2014 a 2015 následující po červnové extrémní povodni z roku 2013 byly mimořádně suché. Četné malé vodní nádrže, především historické rybníky, po extrémním zatížení z června 2013, kdy leckde hrozilo přelití hráze a ohrožení bezpečnosti, trpěly v minulých dvou letech kritickým nedostatkem vody. I v těchto suchých letech se však vyskytly lokálně extrémní bleskové povodně, kdy byly ohroženy i malé vodní nádrže. Je proto na místě objektivně hodnotit aktuální stav vodohospodářské bilance ČR a naznačit možnosti malých vodních nádrží v této oblasti. Každoročně přibývá žadatelů o povolení výstavby nových malých nádrží, resp. se přistupuje k opravám a rekonstrukcím, což vyžaduje stále lepší znalosti a zkušenosti v oblasti projektování, projednávání výstavby i provozu a správnou aplikaci platných norem a předpisů. Na ministerstvech zemědělství a životního prostředí jsou po událostech v minulých letech vyhlašovány nové dotační tituly podporující obnovu malých vodních nádrží v souladu s platnými předpisy.

Seminář z 27. 9. 2016 byl zaměřen na výše uvedené okruhy problémů a byl pořádán především pro vodohospodářské pracovníky státní správy, projektanty, provozovatele malých vodních nádrží a další zájemce.

Program semináře

  • Zahájení, seznámení s programem
  • Ing. Jiří Poláček, VODNÍ DÍLA – TBD, a. s., odborný garant semináře
  • Úvodní slovo k významu malých vodních nádrží
  • prof. Ing. Vojtěch Broža, DrSc., ČVUT, Fakulta stavební
  • Příklady poruch a havárií malých nádrží při bleskových povodních zejména v letech 2015 a 2016
  • Ing. Stanislav Žatecký, VODNÍ DÍLA – TBD, a. s. (v jeho nepřítomnosti přednesl Ing. Poláček)
  • Opravy hrází a funkčních objektů historických malých nádrží
  • Ing. Jiří Koťátko, VODNÍ DÍLA – TBD, a. s.
  • Povodně a sucho ve vazbě na provoz malých vodních nádrží
  • RNDr. Jan Daňhelka, Ph.D., ČHMÚ Praha
  • Problematika odstraňování sedimentů z nádrží – legislativa, těžení, uložení sedimentu
  • doc. Ing. Karel Vrána, CSc., ČVUT v Praze, Fakulta stavební
  • Informace o aktuálních možnostech čerpání dotačních titulů MŽP    pro zlepšení technického stavu malých nádrží
  • Ing. Lenka Čermáková, MŽP
  • Informaci z MŽP doplnil Ing. Poláček o dotační novinky na MZe
  • Diskuse, závěr semináře

K jednotlivým vystoupením

Prof. Broža vyzdvihl význam historických rybníků jako technického dědictví našich předků ve světě neporovnatelného a zdůraznil nutnost trvalé systematické péče o jejich provozní bezpečnost.

Ing. Žatecký ve své prezentaci, přednesené při jeho nepřítomnosti Ing. Poláčkem, poukázal v první části na řadu chyb a nevhodných postupů, které se při provozu a opravách malých vodních nádrží stále vyskytují a vedou následně k dalším nebezpečným poruchám. Druhá část příspěvku byla zaměřena na havárie malých vodních děl na území Moravy v letech 2014 až 2016 jako důsledku extrémních bleskových povodní při bouřkových situacích.

Ing. Koťátko ve velmi zajímavém příspěvku připravil a detailně okomentoval tři lokality, na nichž byly v posledních letech realizovány zásadní opravy. Jednalo se o komplexní rekonstrukci rybníka Zlámanec u obce Vortová na Vysočině, kde se po dokončení opravy v roce 2008 objevily pod hrází značné průsaky, které, jak se následně ukázalo, byly způsobeny otevřením starého dřevěného potrubí, které vlastní stavba patrně nevědomky narušila. Problém byl dodatečnými stavebními úpravami vyřešen. Dalším příkladem byla nedávná komplexní oprava sdruženého objektu na konci hráze Máchova jezera, kde došlo k optimálnímu vyřešení správné funkce spodní výpusti a opravě kašny bezpečnostního přelivu. Vnější vzhled celého objektu byl zachován. Třetím příkladem byla problematika hráze Novozámeckého rybníka, který je situován pod Máchovým jezerem. Po hrázi vede mimořádně frekventovaná mezinárodní silnice č. 9 z Prahy na Rumburk a státní hranice s hustým provozem kamionů a jiné těžké dopravy. Ing. Koťátko popsal v příspěvku opravu historické stavidlové výpusti a loviště v letech 1997–2000 a dále opravy opevnění návodního svahu značně trpícího přetížením od dopravy realizované postupně od roku 2001 do roku 2015, kdy byla po předchozích dílčích vysprávkách provedena těžká opěrná zeď.

RNDr. Daňhelka doložil detailní rozbor meteorologické a hydrologické situace z let 2014 a 2015, tedy z velmi suchých období, a to z pohledu jak povrchových, tak i podzemních vod. Jedná se o lokální problematiku v rámci celé ČR, tj. s oblastmi vcelku normálními a naopak extrémně nízkými stavy. Doložil celou řadu rozborů, grafů a hodnocení, z nichž je místní situace patrná. I v suchém a horkém roce 2015 s mimořádně suchými letními měsíci došlo k výkyvu kolem 18. srpna, kdy se srážkový úhrn místy blížil 100 mm za 24 hod. Své vystoupení Dr. Daňhelka doplnil úvahami nad vlivem a užitečností malých vodních nádrží v období povodní i sucha.

Doc. Vrána zaměřil své vystoupení na odstraňování sedimentů z malých vodních nádrží. Upozornil na všechny důležité aspekty odbahňování nádrží, na legislativní podmínky, nutnost rozborů sedimentů i zemin z pozemků, na které budou sedimenty případně uloženy. Popsal zaměřování objemu a mocnosti nánosů v nádržích včetně různých technologických postupů těžby, odvozu a ukládání sedimentů. Podrobně popsal odstraňování sedimentů z Dokeské zátoky v zátopě Máchova jezera ve vlastnictví AOPK ČR a související, zejména ekologické, podmínky a problémy. Zmínil se i o nákladech na odstraňování sedimentů. V závěru svého příspěvku doc. Vrána stručně popsal současnou problematiku projektování výstavby a oprav malých vodních nádrží.

Ing. Čermáková seznámila posluchače s možnostmi získání dotační podpory z Operačního programu Životního prostředí 2014–2020. Ze šesti vypsaných prioritních os je osa č. 1 věnována vodě (1.3 – Zajistit povodňovou ochranu intravilánu; 1.4 – Podpořit preventivní protipovodňová opatření, mj. zkapacitnění bezpečnostních přelivů) a osa č. 4 ochraně přírody. Podrobnější informace na www.sfzp.cz (Národní program životního prostředí).

Ing. Poláček informoval o novém dotačním programu 129280, který vyhlásilo v srpnu 2016 MZe na období 2016–2021. V rámci tohoto programu bude podporována výstavba nových, obnova zaniklých či rekonstrukce stávajících rybníků větších než 2 ha a dále i odbahnění značně zanesených rybníků o výměře 2–30 ha. Pamatováno je i na odstraňování havarijních situací na rybnících a případných povodňových škod. Pravidla pro poskytování prostředků z tohoto programu – viz www.aegri.cz.

Závěry

O seminář byl velký zájem, zúčastnilo se celkem 82 osob, z toho 20 pracovníků městských či krajských úřadů.

Organizace semináře týkajícího se problematiky malých vodních nádrží je dlouhodobě velmi živým tématem. Proto se doporučuje uspořádat na půdě ČVTVHS další seminář s podobnou tématikou v roce 2018.

Jednotlivé příspěvky publikované na popsaném semináři si mohou zájemci prohlédnout na www.cvtvhs.cz.

Posted by & filed under Ze světa vodního hospodářství.

Se zájmem vždy pročítám časopis VTEI a vážím si mimo jiné toho, že v časopise dáváte prostor širokému spektru přispěvatelů. V čísle 5/2016 VTEI byl mezi dalšími uveden i článek SOVAK k podpoře zákazu glyfosátu navazující na celoevropskou kampaň vodárenských asociací EurEau v této oblasti. Vlastní problematice výskytu a aplikace pesticidů se SOVAK ČR dlouhodobě věnuje a aktivně působí v koordinační skupině i podskupině na ochranu vod k přípravě a realizaci Národního akčního plánu ke snížení používání pesticidů (NAP), který stanovil řadu opatření a úkolů pro jednotlivá ministerstva a další subjekty. Cílem NAP je omezit negativní dopad aplikace pesticidních látek na zdraví lidí a životní prostředí včetně kvality povrchové, podzemní i pitné vody. Nesporným přínosem, který příprava a následná realizace Národního akčního plánu z hlediska ochrany vod dosud přinesla, je mimo jiné zahájení intenzivního odborného dialogu o celé problematice.

Do této diskuse přispěl i příspěvek RNDr. Tomáše Hrdinky, Ph.D., s názvem Zbytečná hysterie kolem používání glyfosátu, který byl otištěn v čísle 6/2016 časopisu VTEI. V tomto článku autor poukazuje na poměrně nízkou perzistenci této látky v životním prostředí a relativní bezpečnost a neškodnost jejího používání. S řadou věcných argumentů, které autor předložil, nelze než souhlasit. Nicméně forma podání a celkové vyznění článku mohou celou problematiku aplikace a výskytu pesticidních látek bagatelizovat a ve svém důsledku pak vést k často lehkovážnému a zbytečnému nadužívání nejen glyfosátu (používaného ovšem velmi často ve směsi s dalšími chem. látkami), ale i ostatních látek spadajících do kategorie přípravků na ochranu rostlin (POR).

Ačkoliv můžeme vést diskusi o tom, jak vysoké koncentrace pesticidních látek ve vodách jsou ještě podle té či oné studie bezpečné, je třeba znovu zdůraznit, že glyfosát i jeho metabolit AMPA jsou v každém případě (stejně jako ostatní pesticidy) látky v přírodě a ve vodě cizí a jejich užívání by mělo být regulováno tak, aby se do vody a životního prostředí pokud možno nedostávaly. Výsledky monitoringu podzemních a povrchových vod, který zajišťují státní podniky Povodí, prokazují, že hodnoty koncentrací glyfosátu i jeho metabolitu v některých vzorcích vod překračují normy environmentální kvality, případně hygienické limity platné (ať už oprávněně či ne) pro pitnou vodu. Je tedy zřejmé, že aplikace tohoto přípravku vede k ovlivňování kvality povrchových, podzemních i návazně pitných vod. To je podle názoru SOVAK ČR jednoznačným důvodem pro regulaci aplikace.

Na druhou stranu je třeba ale zdůraznit, že SOVAK ČR ani v rámci NAP neprosazuje úplný zákaz aplikace pesticidních látek. SOVAK ČR jen klade důraz na to, aby aplikované látky byly bezpečné, používaly se uváženě a odborně, aplikace probíhala bez negativního dopadu na vodní zdroje a aby bylo možné vliv aplikací POR cíleně monitorovat a kontrolovat. SOVAK ČR se dále snaží prosazovat, aby byla aplikace omezována tam, kde to je možné, a aby byly vyvíjeny i nechemické metody ochran rostlin. Dále SOVAK ČR prosazuje výzkum vlivu faktorů (kvalita půdy, charakter terénu, způsob a termín aplikace POR) na uvolňování rezidují látek do vod tak, aby mohla být připravena pravidla a zásady používání aplikace POR, a to nejen na zemědělskou půdu. Konkrétně u glyfosátu spatřuje SOVAK ČR velké riziko kontaminace vod právě aplikací na nezemědělské půdě (údržba silnic, železnic, veřejných prostranství apod.), kde lze jeho použití úspěšně nahradit šetrnějšími postupy. Při aplikacích pesticidních látek, tedy i glyfosátu, na zemědělskou půdu by se pak mělo přihlížet zejména k bonitě půdy – tedy obsahu organické složky půdy, humusu. Pokud není dostatek organické hmoty v půdě, jsou pesticidní látky (ale třeba také dusičnany, ostatní hnojiva a přípravky na ochranu rostlin) rychle vyplavovány. Výzkum výše uvedených faktorů je zatím ale na začátku a jednoznačná pravidla omezující dopad aplikace glyfosátu na kvalitu vod nejsou předepsána.

V článku jsou dále prezentovaná toxikologická data dokladující bezpečnost glyfosátu i při vysokých koncentracích ve vodách. Při hodnocení potenciálního rizika pro vodní prostředí a nakonec i pro spotřebitele pitné vody je ovšem nutné si uvědomit, že tato látka není ve vodách přítomna izolovaně. Kromě glyfosátu se ve vodách obecně nacházejí rezidua dalších mikropolutantů, a to nejen přípravků na ochranu rostlin, ale i hormonálních přípravků, léčiv a prostředků osobní péče apod. Tento „koktejl“ poskytuje možnost širokého spektra vzájemných reakcí a interakcí a postihnout skutečné zdravotní či environmentální riziko takové směsi je velmi komplikované a v současnosti nereálné.

Proto by v takových případech měl být, a to i u glyfosátu, uplatňován princip předběžné opatrnosti a měla by být snaha o minimalizaci rizika průniku takových látek do vodního prostředí. S tímto přístupem jsou nakonec určovány i hygienické limity pro obsah pesticidních látek v pitné vodě. Je možné vést diskuse o tom, zda je menším zlem tolerovat určité vyšší obsahy polutantů včetně pesticidů ve vodách (včetně té pitné) nebo radši absorbovat ekonomický dopad případného zákazu na zemědělskou produkci spojený s rizikem nahrazení jinou (možná méně zmapovanou, ale třeba i méně škodlivou látkou). Taková diskuse již ale přesahuje rámec odborné a věcné úrovně a dostává se spíše do celospolečenské či politické roviny. Tuto diskusi nemůže rozhodnout ani SOVAK ČR ani VÚV TGM a musí být výsledkem politických a ekonomických jednání, a to nejen v rámci ČR.

Ať už bude výsledek takové diskuse jakýkoliv, je třeba v současné době respektovat ustanovení platných právních předpisů a dodržovat platné hygienické limity pro obsah pesticidních látek ve vodách. Právě z důvodu výskytu pesticidních látek (glyfosát nevyjímaje) ve vodních zdrojích byla řada vlastníků vodárenské infrastruktury nucena přistoupit k nákladné rekonstrukci úpraven vod. Tyto rekonstrukce zajišťují doplnění či úpravu stávajících technologií o další stupeň, který zajistí vysoké procento odstranění látek spadajících do kategorie přípravků na ochranu rostlin. Nejčastěji se aplikuje kombinace ozonizace a filtrace přes aktivní uhlí, popř. membránová separace. Z poslední doby lze jmenovat například rekonstrukci úpravny vody Plzeň, či připravovanou a velmi nákladnou modernizaci úpravny vody Želivka. Všechny tyto modernizace jsou velice nákladné, a to jak z pohledu investičních nákladů (přesahují miliardy), tak i z pohledu návazných nákladů provozních s negativním dopadem na výši cen vodného pro koncového spotřebitele. Dalším nežádoucím projevem těchto rekonstrukcí je obvykle snížení maximální kapacity úpraven vod, které je problematické vzhledem k častějším výskytům sucha a nutnosti budovat propojení jednotlivých vodárenských soustav. Do budoucna je také nutné počítat se skutečností, že k těmto nákladným úpravám a rekonstrukcím budou nuceni přistoupit i další vlastníci a provozovatelé úpraven vod. Podle zprávy Ministerstva zemědělství Vodovody a kanalizace 2015 došlo v minulém roce k mírnému zvýšení počtu vzorků s překročenou nejvyšší mezní hodnotou pro vybrané parametry. Tato zpráva explicitně uvádí jako důvod zvýšený výskyt pesticidů v surové vodě sloužící jako zdroj pro výrobu vody pitné. Na 6. meziresortní jednání k plnění opatření Národního akčního plánu na snížení používání pesticidů v ČR k problematice rizik přípravků na ochranu rostlin pro povrchové a podzemní vody konaném dne 4. října 2016 na Ministerstvu životního prostředí přednesl zástupce Povodí Vltavy, s. p., RNDr. Marek Liška, Ph.D., že v roce 2013 spotřeba glyfosátu v ČR dosáhla 935 tun.

V návaznosti na výše uvedené skutečnosti proto nelze na snaze SOVAK ČR o omezení užívání glyfosátu a dalších přípravků na ochranu rostlin vidět nic nepochopitelného ani závadného.

V tomto světle pak článek Zbytečná hysterie kolem používání glyfosátu, zejména pak celkové vyznění článku, může u laické veřejnosti vzbuzovat dojem, že prováděné rekonstrukce úpraven vody s jednoznačným negativním dopadem na výši plateb za vodné jsou vlastně zbytečné a neodůvodněné. Jsem přesvědčen, že přes věcnou správnost autorova sdělení považuji zveřejnění takovéhoto článku v časopise zaměřeném na ochranu vodního prostředí za nevhodné a neuvážené.

Posted by & filed under Hydraulika, hydrologie a hydrogeologie.

Souhrn

V průběhu několika posledních let je možno pozorovat častější výskyt hydrologických extrémů. Dochází k častějšímu výskytu povodní a k prohlubování období sucha. Reálně je možné, že v případě po sobě opakujícího se výskytu několika déletrvajících období sucha může dojít k ohrožení zásobní funkce některých vodních zdrojů. Současný stav řízení zásobní funkce je dostačující, ale vzhledem ke klimatickému vývoji může být v blízké době nepostačující. Běžně používaný způsob řízení by mohl být rozšířen o inteligentní způsob řízení vycházející z principu adaptivity. Úspěšnost inteligentního řízení zásobní funkce byla již dříve prokázána. Předložený článek ověřuje vliv polohy nádrže v povodí při inteligentním (adaptivním) řízení zásobní funkce nádrže. Adaptivní řízení používá hydrologických předpovědí přítoků vody do nádrže v kombinaci s optimalizačním modelem. V článku uvedené výsledky poukazují na skutečnost, že je možno za určitých okolností úspěšně použít adaptivní řízení u nádrží situovaných v horní a i v dolní části povodí.

shutterstock_120796300_uprava

Úvod

V průběhu několika posledních let je možno pozorovat častější výskyt hydrologických extrémů. Dochází k častějšímu výskytu povodní a k prohlubování období sucha. Odborné práce z oblasti klimatologie na výskyt těchto extrémních událostí dlouhodobě upozorňují. Za zmínku stojí například roky 2011 a 2012, které z hydrologického hlediska byly hodnoceny jako extrémně suché [1], a rovněž tak i minulý rok 2015 [2]. V blízké budoucnosti je možno očekávat, že se tyto události budou vyskytovat častěji a jejich negativní účinek bude mít progresivní trend.

Klimatické podmínky již přinutily širokou odbornou veřejnost k zamyšlení, zda je Česká republika dostatečně připravena na vznik možných problémů způsobených nedostatkem zásob vody. Z podnětů odborné veřejnosti došlo k vytvoření pracovní skupiny SUCHO. Skupina vznikla na přelomu let 2013/2014 a formulovala výčet opatření proti negativním dopadům potenciálního sucha vedoucí k předejití krizové situace vyvolané jeho výskytem a následným nedostatkem vody. Po spojení s již existující pracovní skupinou VODA došlo ke vzniku Mezirezortní komise VODA­‑SUCHO a po vzájemné spolupráci byl zpracován dokument [3]. Vytvořený dokument obsahuje obecný úvod do problematiky sucha včetně předkládací zprávy, zdůvodňující jeho potřebnost, a dále výčet přibližně padesáti konkrétních opatření proti negativním dopadům sucha. Koncepce popsaná v dokumentu byla 29. 7. 2015 usnesením vlády České republiky schválena.

Reálně je možné, že v případě po sobě se opakujícího výskytu několika déletrvajících období sucha může dojít k ohrožení zásobní funkce některých vodních zdrojů. Za předpokladu, že se tato hrozba stane skutečností a zásoba vody ve vodních nádržích nebude pro jejich provoz dostačující, bude možné řešení spočívat ve změně v provozování vodních děl. Tyto změny budou převážně představovat úpravu způsobu manipulace s řízeným odtokem. V krajním případě, pokud budou vyčerpány všechny možnosti ostatních adaptačních opatření k zajištění vodohospodářských služeb a kdy dopady klimatické změny nebudou řešitelné jinými prostředky pro jejich neproveditelnost nebo pro jejich neúměrné náklady, bude možno stávající nádrže rozšířit o nádrže nové. S touto myšlenkou byl v roce 2011 aktualizován generel území chráněných pro akumulaci povrchových vod [4]. Možností zmírnění dopadů změny klimatu využitím území chráněných pro akumulaci povrchových vod se rovněž věnuje práce, viz [5].

Od 70. let 20. století téměř nedošlo v oblasti strategického řízení (horizont řízení v časovém kroku měsíc) zásobní a hydroenergetické funkce u vodních nádrží k žádné významné změně. Postupně budeme zcela jistě svědky zesílení společenské poptávky nejen ve smyslu zdokonalování operativního řízení, ale rovněž ve smyslu změn základních strategických parametrů nádrží často s cílem významného posílení jejich zásobní funkce [6].

Současný stav řízení zásobní funkce je dostačující, ale vzhledem ke klimatickému vývoji může být v blízké době nepostačující. Klasické řízení zásobní funkce vodních nádrží vychází převážně z pravidel řízení [7], resp. z dispečerských grafů [8]. Vytváření uvedených pravidel bylo přímo ovlivněno výkonností tehdejší výpočetní techniky, což mělo za následek jejich značné zjednodušení. Pravidla jsou vytvořena na základě historických průtokových řad. Použití historických průtokových řad pravidlům neumožňuje adaptivně reagovat na aktuální hydrologické podmínky. Z tohoto důvodu můžou současná pravidla řízení narážet na omezení plynoucí z měnících se hydrologických podmínek, které v historických průtokových řadách nemůžou být zahrnuty. Dnešní výkonnost výpočetní techniky umožňuje používané způsoby řízení rozšířit o nové tzv. inteligentní způsoby řízení. Inteligentní řízení umožní vhodnou manipulaci na vodních dílech. Vhodná manipulace dokáže předejít poruchám systému v podobě nedodávky vody a také dokáže efektivně hospodařit s vodou pro hydroenergetické účely. V konečném důsledku úprava manipulace na vodních dílech může přinést podnikům povodí a ostatním společnostem výrazné ekonomické výhody v podobě hospodárné distribuce vody do systému a minimalizace možného vzniku ekonomických ztrát.

Běžně používaný způsob řízení by mohl být rozšířen o inteligentní způsob řízení. Inteligentní způsob řízení vychází z principu adaptivity. Adaptivní přístup umožňuje reagovat na průběžně se měnící hydrologické podmínky. Obvykle je k tomuto řízení potřebná znalost hydrologických předpovědí přítoků vody do nádrží v kombinaci s optimalizačním modelem. V praxi je možno principem adaptivity částečně eliminovat nepřesnost předpovědi. Adaptivním řízením nádrží a vodohospodářských soustav se zabýval na přelomu 80. a 90. let profesor Nacházel a docent Patera [9–12].

Inteligentní způsob řízení by v budoucnu mohl být použit jako podpůrný nástroj pro vodohospodářský dispečink, kterému zejména při řízení složitějších systémů s více nádržemi a s uvažováním více vodohospodářských účelů poskytne vhodnou podporu při procesu rozhodování. Uvažovaný algoritmus řízení bude představovat jedno z možných opatření pro zmírnění negativních dopadů sucha a nedostatku vody. Takové řízení zcela zapadá do koncepce popsané v dokumentu [3] a je součástí organizačního a provozního opatření.

Úspěšnost inteligentního řízení zásobní funkce a hydroenergetické funkce nádrže a soustavy nádrží byla již dříve prokázána, bylo dosaženo zajímavých výsledků a tyto výsledky je možné vidět například v [13–15]. Předložený článek si klade za cíl ověřit vliv polohy nádrže v povodí při inteligentním (adaptivním) řízení zásobní funkce nádrže. Je možno předpokládat, že výsledky z adaptivního řízení budou pro nádrže situované v různých částech povodí jiné. Za tímto účelem je řízení provedeno zvlášť pro nádrž, která je umístěna v horní části vodního toku, a následně pro nádrž, která je umístěna v dolní části vodního toku.

Použité metody

Předpovědní model

Pro vytvoření předpovědi průměrných měsíčních průtoků byl použit zonální pravděpodobnostní předpovědní model (ZPPM). Princip modelu je popsán v následujících odstavcích. Z několikaleté historické průtokové řady průměrných měsíčních průtoků jsou vyčleněny jednotlivé roky y = 1, 2…, Y, kde Y značí celkový počet let. Ze všech roků jsou následně vyčleněny i jednotlivé měsíce m = 1, 2…, 12 s průměrnými měsíčními průtoky Qm pro každý rok množiny y. Tímto způsobem je vytvořena množina, která je tvořena průměrnými měsíčními přítoky vody do nádrže za celé sledované období Y pro jednotlivé měsíce m. V každém měsíci je potom nalezena minimální hodnota minQm a maximální hodnota maxQm historického přítoku vody. Interval mezi hodnotami <minQm, maxQm> je rozdělen na předem zvolený počet zón. Počet zón Z je v každém měsíci stejný, velikost intervalu <minQzm, maxQzm> se však může lišit. Velikost jednotlivé zóny je stanovena tak, aby splňovala požadavek, že každá zóna musí obsahovat přibližně stejný počet prvků qm,y. Jednotlivé prvky qm,y každé množiny tvoří v příslušné zóně podmnožinu Qzm.

Podle počáteční průměrné hodnoty přítoku vody Qcm v měsíci m, ve kterém je rozhodováno o řízení, je vybrána zóna z, pro kterou platí Qcm  <minQzm, maxQzm>. Zónou z prochází vybraný soubor historických řad s = 1, 2…, S, kde S je celkový počet řad procházející zónou. Pro každou řadu v souboru S platí, že qm,s ∈ Qzm. Další členy historických řad s souboru S, které jsou reprezentovány průměrnými měsíčními přítoky qm+t,s v měsících m + t, kde t je pořadí měsíce předpovědi, jsou pak použity pro určení intervalu zóny předpovědi zp. Pro t platí t = 1, 2…, TP, kde TP je počet předpovídaných kroků (měsíců) a qm+t,s  Qzpm+t. Pro pořadí měsíců m + t > 12 platí m + t – 12. Pro každý měsíc předpovědi m + t je stanovena pouze jedna zóna předpovědi zp [10].

Hodnota průměrného měsíčního přítoku vody do nádrže Qpm+t v měsíci i m + t je rovna hodnotě vyskytující se v intervalu zóny předpovědi zp s největší pravděpodobností. Průměrné měsíční průtoky jsou potom předpovězeny podle následujícího principu. Pro všechny prvky qm+t,s z množiny  je vytvořena hustota rozdělení pravděpodobnosti. Tvar spojité funkce je pro zjednodušení trojúhelníkový. Spodní hrana je tvořena intervalem <min, max> a vrchol trojúhelníku leží na předpokládané poloze modu Mod veličiny qm+t,s. K určení polohy modu je použit předpoklad, že platí:

mensik-vzorec-1

Postup nalezení polohy modu na intervalu <min, max> je vyobrazen graficky na obr. 1.

mensik-1
Obr. 1. Postup nalezení modu
Fig. 1. Procedure to find modus

Potom pro předpovězenou hodnotu přítoku vody do nádrže v měsíci m + t platí:

mensik-vzorec-2

Algoritmus vytváření předpovědí Qpm + t pro více kroků (měsíců) je zobrazen na obr. 2.

mensik-2
Obr. 2. Algoritmus vytváření předpovědi
Fig. 2. Algorithm of making prediction

Algoritmus adaptivního řízení zásobní funkce

Adaptivní řízení zásobní funkce nádrže je založeno na klasickém simulačním modelu (globální model). U simulačního modelu jsou pravidla řízení nahrazena opakovanou optimalizací (lokální model). Krok simulačního modelu je T = 1, 2,…, M, kde M je celkový počet kroků (měsíců). Algoritmus řízení je možno popsat ve třech krocích, které se postupně opakují.

V prvním kroku je vytvořena předpověď průměrných měsíčních přítoků vody do nádrže. K vytvoření předpovědi je použit ZPPM a délka předpovědi odpovídá zvolenému počtu předpovídaných měsíců.

Ve druhém kroku je sestaven optimalizační model nádrže. Průměrné měsíční odtoky z nádrže Oτ na řízeném období jsou hledány optimalizací v každém časovém kroku lokálního modelu τ = 1, 2,……, N, kde N je celkový počet kroků. K nalezení Oτ je použita metoda diferenciální evoluce. Počet předpovídaných měsíců TP je roven počtu časových kroků N. Okrajovými podmínkami jsou předpovězené přítoky do nádrže. Počáteční podmínka řešení je objem vody v nádrži na konci časového kroku τ = 0. Ve skutečnosti by se jednalo o naměřenou hodnotu objemu vody v nádrži. Jako kritérium optimalizace byl zvolen součet čtverců odchylek mezi řídicím odtokem Wτ a skutečným řízeným odtokem Oτ vody z nádrže, který je snaha minimalizovat. Kriteriální funkce (3) je ve tvaru, který zajišťuje rovnoměrné rozložení nedodávky vody mezi jednotlivé měsíce. Použití druhé mocniny ve funkci (3) je dáno předpokladem, že větší množství nedodané vody je hůře přijatelné než menší množství nedodané vody.

mensik-vzorec-3

Ve třetím kroku se na základě skutečného přítoku a nalezeného řízeného odtoku, který odpovídá prvnímu kroku lokálního modelu τ = 1, provede v časovém kroku T simulace chování nádrže pomocí simulačního modelu. Počáteční podmínkou pro řešení další optimalizace je výsledná velikost objemu vody v nádrži na konci časového kroku. Následně je optimalizace posunuta o jeden časový krok.

Kroky 1 až 3 se následně opakují pro každý krok globálního modelu T. Opakováním jednotlivých kroků se zároveň model adaptuje na nové podmínky. Celý proces adaptace je ukončen při dosažení časového kroku T = M.

K adaptivnímu řízení zásobní funkce nádrže byl použit program SOMVS (Simulační a optimalizační model vodohospodářské soustavy) [16]. Ve zkrácené formě byl software publikován například v impaktovaném časopise [17] a v České republice [18]. SOMVS je licencovaný software Vysokého učení technického v Brně. Obecně je možno software použít pro strategické plánování (rozvoj, řízení) v oblasti zásobní funkce vodních nádrží. Software umožňuje najít optimální řešení problémů spojených se zásobováním obyvatelstva, průmyslu, energetiky a zemědělství vodou.

Aplikace

Pro aplikaci byly vybrány dva měrné profily, profil Vlaské a profil Kroměříž. Oba měrné profily leží na řece Moravě. Profil Vlaské se nachází v horní části povodí řeky Moravy a profil Kroměříž je v dolní části povodí řeky Moravy. Profily byly vybrány s cílem provést adaptivní řízení zásobní funkce v profilech s rozdílnou vodností – viz Qatabulce 1.

Na začátku bylo provedeno vodohospodářské řešení zásobní funkce nádrže. Byly stanoveny nutné velikosti zásobních objemů Vz pro dvě fiktivní nádrže. První nádrž je situovaná v profilu Vlaské a druhá v profilu Kroměříž. Zásobní objemy byly stanoveny na základě známé hodnoty nalepšeného odtoku OP a za předpokladu dodržení stoprocentní zabezpečenosti odtoku vody z nádrže. Hodnota nalepšeného odtoku byla zvolena jako 0,3 (součinitel nalepšení α) násobek dlouhodobého průměrného průtoku Qa. Výsledné hodnoty zásobních objemů fiktivních nádrží jsou spolu s ostatními hodnotami uvedeny v tabulce 1.

Následně bylo provedeno adaptivní řízení zásobní funkce fiktivních nádrží v období let 2000 až 2006. Období let 1950 až 2000 bylo použito pro kalibraci, tzn. pro vytvoření ZPPM. Adaptivní řízení bylo provedeno pro 7 různých hodnot řídicího (nalepšeného) odtoku – konkrétně se jednalo o násobky součinitele nalepšení α (0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,75; 0,8 a 0,9) a odpovídající hodnoty Qa. Pro každou hodnotu řídicího odtoku proběhlo celkem 24 výpočtů, dvanáct pro řízení s předpovězenými průtoky (adaptivní řízení s předpovězenými průtoky – AŘ – P) a dvanáct pro řízení s reálnými průtoky (adaptivní řízení s reálnými průtoky – AŘ – R). Jednotlivé výpočty se od sebe lišily počtem časových kroků lokálního modelu. Výpočty s reálnými průtoky sloužily pro porovnání úspěšnosti řízení, jelikož je považujeme za ideální stav – v praxi nedosažitelný. Dále bylo provedeno řízení pro každou hodnotu řídicího odtoku pomocí prosté simulace (simulační model – SM). U simulačního modelu probíhá řešení odlišným způsobem, než je tomu u optimalizačního modelu. Omezující podmínky jsou řešeny postupně po jednotlivých časových krocích a v každém kroku je snahou, aby odtok vody z nádrže byl roven hodnotě řídicího (nalepšeného) odtoku. Simulační model považujeme za nejjednodušší způsob řízení a byl použit pro srovnání jednotlivých výsledků z řízení.

Úspěšnost uvažovaných způsobů řízení byla vyhodnocena pomocí kritéria K:

mensik-vzorec-4

Pokud byl řízený odtok OT větší než řídicí odtok WT, tak kritérium v časovém kroku T bylo rovno nule (KT = 0). Pokud byl řízený odtok OT menší než řídicí odtok WT, bylo kritérium v časovém kroku T vyhodnoceno jako čtverec rozdílu mezi řídicím a řízeným odtokem vody z nádrže (KT = (WT – OT )2 ).

Tabulka 1. Hodnoty zásobních prostorů jednotlivých nádrží
Table 1. Values of storage capacity of each reservoir
mensik-tabulka-1

Shrnutí výsledků

Z důvodu velkého množství řešených variant jsou v příspěvku prezentovány jen ty varianty, které z pohledu přehledného shrnutí mají stěžejní význam. Při řízení zásobní funkce fiktivní nádrže v dolním profilu Kroměříž je dosaženo vypovídajících výsledků při řízení na řídicí odtok odpovídající součiniteli nalepšení α = 0,7. Při řízení s délkou předpovědi na jeden nebo na dva měsíce dopředu dosahuje řízení SM lepších hodnot kritéria než AŘ – P nebo AŘ – R. Při AŘ – P a AŘ – R na více než dva časové kroky dopředu dosahuje adaptivní řízení lepších hodnot kritéria než při řízení SM. Průběhy kritérií u uvažovaných způsobů řízení pro rozdílné délky předpovědí (počet časových kroků lokálního modelu) jsou zobrazeny na obr. 3.

mensik-3
Obr. 3. Dolní profil Kroměříž – řízení na α = 0,7
Fig. 3. Lower profile Kroměříž – control of outflow on the α = 0.7

Výše uvedené skutečnosti platí téměř pro všechny uvažované hodnoty řídicích odtoků. Výjimku tvoří pouze řízení na řídicí odtok odpovídající hodnotě součinitele nalepšení α = 0,75, kde již i v případě délky předpovědi na jeden a dva měsíce dopředu dojde u AŘ – P a AŘ – R k lepším výsledkům, než je tomu u SM.

Na obr. 4 jsou znázorněny průběhy uvažovaných řízení na řídicí odtok odpovídající součiniteli nalepšení α = 0,7 a pro profil Kroměříž. Z důvodu přehlednosti a snadnější orientace v grafu je vybrána pouze část časového období, ve které vznikla při řízení porucha. V případě řízení SM je možno na obr. 4 vidět, že dosahuje nejhlubší poruchy při vzájemném srovnání s oběma variantami adaptivního řízení. Oba případy adaptivních řízení používají délku předpovědi na šest měsíců dopředu. Délka předpovědi šest měsíců je zvolena na základě toho, že od této délky došlo k ustálení hodnoty kritéria K, kritérium se již s rostoucím počtem měsíců předpovědi (kroků lokálního modelu) významně neměnilo. Tato skutečnost je patrná z uvedeného obr. 3. V obou případech adaptivního řízení můžeme vidět, že dosahují lepších výsledků řízení, protože hloubka poruchy není tak velká jako u SM. AŘ – R zde dosahuje mírně lepších výsledků než AŘ – P.

mensik-4
Obr. 4. Vybraný průběh řízení v profilu Kroměříž
Fig. 4. Selected process of outflow control in profile Kroměříž

Při řízení zásobní funkce fiktivní nádrže v horním profilu Vlaské bylo dosaženo shodných výsledků jako u nádrže umístěné v dolním profilu Kroměříž. Výjimku tvoří pouze řízení na hodnotu součinitele nalepšení α = 0,4α = 0,5. Rozdíl spočívá v tom, že AŘ – P zde nedosahuje nikdy lepších výsledků než řízení SM. Důvod je především v minimálním výskytu poruchových měsíců, kdy není dostatek vody, a v nepřesnosti předpovědního modelu, která se výrazněji projeví u nižších průtoků. Obdobným způsobem jako pro dolní profil Kroměříž jsou na obr. 5 a 6 zobrazeny výsledky pro horní profil Vlaské.

mensik-5
Obr. 5. Dolní profil Vlaské – řízení na α = 0,7
Fig. 5. Higher profile Vlaské – control of outflow on the α = 0.7
mensik-6
Obr. 6. Vybraný průběh řízení v profilu Vlaské
Fig. 6. Selected process of outflow control in profile Vlaské

Závěr

Článek si kladl za cíl ověřit vliv polohy nádrže v povodí při inteligentním (adaptivním) řízení zásobní funkce nádrže. Na základě dosažených výsledků je možno konstatovat, že z pohledu počtu předpovídaných měsíců (počtu časových kroků lokálního modelu) je dosaženo v obou profilech podobných výsledků. U předpovědi na jeden až dva měsíce jsou výsledky ve většině případů horší než u řízení SM. S přírůstkem předpovídaných měsíců dojde k postupnému klesání kritéria. K ustálení kritéria dojde při řízení s předpovědí na 5 až 6 měsíců a následně se hodnota kritéria již nemění nebo se mění jen velmi málo.

Adaptivní řízení dosahovala nejlepších výsledků při vyšších hodnotách řízeného odtoku. Samozřejmě není možné nádrž, která je navržena na 0,3násobek dlouhodobého průměrného průtoku, řídit na řídicí odtok, který odpovídá 0,7násobku dlouhodobého průměrného průtoku. Ovšem v důsledku klimatických změň, při kterých lze v průběhu hydrologického roku očekávat výskyt dlouhotrvajících období sucha střídajících se s obdobím přívalových dešťů, můžeme očekávat výrazný pokles dlouhodobého průměrného průtoku. Podle výsledků uvedených v [19] hodnota dlouhodobého průměrného průtoku v našich tocích může klesnout o 20 až 40 %.

Při řízení zásobní funkce nádrže se pokles dlouhodobého průměrného průtoku, při zachování stávajících požadavků na odběr vody (řídicí odtok), projeví tím, že dojde ke zvýšení hodnoty součinitele nalepšení α. Při uvažování pesimistického scénáře, uvažujícího s poklesem dlouhodobého průměrného průtoku o 40 %, by hodnota součinitele nalepšení, při zachování stávajícího požadavku na odběr vody, vzrostla z hodnoty α = 0,3 na hodnotu α = 0,5. V případě, že by došlo i ke zvýšení požadavku na odběr vody, tak se může součinitel nalepšení přiblížit hodnotě α = 0,6. Při řízení na řídicí odtok odpovídající součiniteli nalepšení α = 0,6 dosahuje adaptivní řízení zásobní funkce nádrže dobrých výsledků u obou profilů.

Dosažené výsledky poukazují na možnost budoucího praktického použití adaptivního řízení u nádrží situovaných v horní a i v dolní části povodí. Uvedený adaptivní způsob řízení zásobní funkce by mohl být prostředkem, kterým by bylo možno v budoucnu zefektivnit způsob hospodaření s vodou v nádržích. Obecně můžou inteligentní způsoby řízení představovat podpůrný nástroj pro vodohospodářský dispečink, kterému zejména při řízení složitějších systémů s více nádržemi a s uvažováním více účelů poskytnou vhodnou podporu při procesu rozhodování.

Poděkování

Článek je výsledkem specifického výzkumu FAST­S-16-3444 Návrh hybridní metody pro řízení zásobní funkce nádrže.

Posted by & filed under Technologie vody, vodárenství, čistírenství.

Souhrn

Problematika nového využívání industriálního dědictví, často označovaná pojmem konverze, je aktuálním trendem dnešní doby. Také věžové vodojemy odstavené z provozu vodovodních sítí a zbavené tak svého původního poslání mohou místo chátrání či demolice nabízet zajímavé alternativy nového života. Pojednání volně navazuje na článek Druhý dech věžových vodojemů vydaný autorem v roce 2012 [1].

korinek-1
Obr. 1. Rozhledna s vodojemem na Suchém vrchu v roce 1933 (archiv Radim Heinich)
Fig. 1. Lookout tower with a water reservoir on Suchý peak in 1933 (Radim Heinich archive)

Úvod

Vodojemy jakožto vodohospodářské stavby zajišťovaly (a dodnes zajišťují) tyto funkce: vyrovnávací, spočívající ve vyrovnání rozdílu mezi rovnoměrným přítokem ze zdroje vody a nerovnoměrným odběrem spotřebiště, tlakovou, spočívající v zajištění potřebného hydrostatického a hydrodynamického tlaku ve spotřebišti, rezervní, pro případ přerušení dodávek vody a poruch ve zdrojové a přítokové části systému, a protipožární [2, 3].

Jedná se o stavby výškově dominantní, které jsou v krajině často z daleka viditelné a přirozeně tak na druhou stranu poskytují výhledy do širokého okolí. Prostorově nezabírají příliš rozsáhlé části pozemku, což je na jednu stranu výhodou při jejich výstavbě (úspora zastavěného území a v souvislosti s tím úspora finančních prostředků), na druhou stranu jsou však jejich interiéry menších rozměrů a nabízejí tak omezené možnosti pro nové využití – jsou málo adaptabilní.

Celá řada věžových vodojemů byla z hlediska architektonického vystavěna zdařile. To dává těmto stavbám určitou výhodu, protože zajímavý vzhled přirozeně upoutá pohled a stává se svým způsobem přitažlivý. Chceme­­‑li z věžového vodojemu udělat turisticky atraktivní místo, je tento aspekt do jisté míry důležitý.

Na území České republiky se podle odborných odhadů nachází více než 1 000 objektů věžových vodojemů různého typu i doby jejich výstavby. Nové využití v současnosti se týká několika desítek staveb, z nichž některé budou blíže představeny.

Metodika

Monitoring věžových vodojemů v rámci činností Společenstva vodárenských věží, jehož je autor příspěvku zakladatelem a provozovatelem, probíhá nepřetržitě od roku 2006 [4]. Jejich dokumentaci tvoří několik činností.

Prvním krokem je identifikace a lokalizace stojících i nestojících věžových vodojemů. Tato činnost je prováděna především na základě průzkumu vytipovaných lokalit, do kterých směřují průzkumy dobové i současné literatury, obrazové dokumentace, mapových podkladů a dalších zdrojů. Konkretizace polohy u již neexistujících staveb probíhá podle dobových ortofotomap a některých dochovaných původních situačních plánů měst, obcí a podniků. Pro získání dalších informací jsou v případě svolení vlastníka či provozovatele realizovány stavebně technické průzkumy objektů přímo na místě. Prověřovány jsou státní i podnikové archivy a příslušné archivy městských a obecních úřadů. Dalším zdrojem informací jsou běžná, ale i odborná dobová periodika či monografie. Malý zlomek informací tvoří výpověď pamětníků.

Výsledky a diskuse

Možnosti nového využití objektů průmyslového dědictví jsou různé. Rozhodujícím hlediskem je zde schopnost daného objektu přijmout novou funkci – někdy hovoříme o tzv. adaptabilitě objektu. Prostorná výrobní hala železobetonové konstrukce původního textilního průmyslu nabízí jiné varianty než prostorově omezená konstrukce úzkého dříku věžového vodojemu. To je dáno tím, že věžový vodojem je pouze část technologického zařízení (v tomto případě vodovodu), a která je tudíž konstrukčně navržena specificky. Věžové vodojemy jsou někdy stavbami až krajně neadaptabilními, což jejich nové využití značně komplikuje [5].

Jedním z důležitých faktorů, který významně ovlivňuje reálné možnosti nového využití vodojemů, je aktuální technický stav objektu. Přestože by toto téma vydalo na samostatné odborné pojednání, lze ve stručnosti zmínit, že nejčastějším stavebně­‑technickým problémem objektů bývá stav stavebních materiálů – zdiva a betonových konstrukcí včetně koroze výztuží. Zde se negativně projevuje vliv zejména typického vlhkého prostředí vodojemů a střídání vnějších klimatických podmínek. Oproti tomu se většinou nevyskytují problémy se statikou objektu, což napovídá o kvalitní a správně provedené práci našich předků při zakládání těchto staveb.

Situace v zahraničí je v porovnání s Českou republikou různorodá. V zemích západní Evropy jsou přestavby věžových vodojemů za účelem nového využití častější než u nás. Z diskusních setkání s kolegy pak vyplývá, že v zemích východní Evropy se tento trend zatím příliš nerozšířil. Ukázkou jednoho ze zdařilých projektů může být rekonstrukce vodojemu v německém Joachimsthalu u Berlína, který si od města na 99 let pronajala dvojice designerů Sarah Phillipsová a Richard Hurding. Šestipatrový byt, který z téměř šedesát let staré věže vznikl, má obytnou plochu 140 m3 a směrem od přízemí se zde postupně nachází pracovny, ložnice s koupelnou, patro s druhým vchodem z přilehlé vyhlídkové věže a kuchyň s jídelnou. Nejvyšší podlaží patří obývacímu pokoji. Přestavby se ujal berlínský architekt Frank Meilchen, investovaná částka přesáhla 15 milionů korun. Dvojice pojmenovala věž Biorama, jako slovní hříčku spojující slova biosféra a panorama. Sousedící vyhlídková věž je přístupná veřejnosti [6].

Věžové vodojemy však nejsou nově využívané pouze v současné době. Vezmeme­­‑li v úvahu, že k výstavbě prvních vodních věží docházelo na našem území v období pozdní gotiky a počátcích renesance, je zřejmé, že některé přestaly sloužit svému poslání již v dávných dobách a stavby převzaly nové funkce. Vodárenská věž Šítkovské vodárny stojící od roku 1592 v jižní části Slovanského ostrova u budovy Spolku výtvarných umělců Mánes a jejíž provoz byl ukončen roku 1881, sloužila před rokem 1989 kupříkladu jako pozorovatelna Státní tajné bezpečnosti ke sledování bytu bývalého prezidenta Václava Havla [7].

Věžový vodojem však mohl také vzniknout tak, že se vložením vodárenské technologie do původního objektu zrodil nový funkční celek. Některé kamenné věže, které byly součástí hradebních systémů měst, se zánikem jejich fortifikační funkce a umístěním potrubního systému a nádrže na vodu staly věžemi vodními (např. Vysoké Mýto, Benátky nad Jizerou, Plzeň) [8].

Existují také věžové vodojemy, u kterých již v době jejich projektování bylo dáno, že budou sloužit i jinému než vodárenskému poslání. Věžový vodojem v Břeclavi dostavěný v květnu 1927 navrhl autor projektové dokumentace autorizovaný inženýr Bohumil Belada na přání břeclavské obce ve dvou variantách – v čistě vodárenské a dále navíc s kopulí pro návštěvníky. Ačkoliv došlo k realizaci právě druhé varianty, není známo, že by nakonec věž k tomuto účelu významněji sloužila. Naopak vodojem postavený na Suchém vrchu v letech 1931–32 podle plánu architekta Antonína Parkmana (obr. 1) již od počátku sloužil jako rozhledna pro turisty. Rezervoár zde již dávno není, vyhlídku si však mohou turisté užívat stále [9].

korinek-2
Obr. 2. Věžový vodojem v Dolní oblasti Vítkovice (2015)
Fig. 2. Water tower in Dolní oblast Vítkovice (2015)

Paměť místa

Věžový vodojem může po svém vyřazení z běžného provozu zůstat důstojným pomníkem připomínajícím minulost daného místa. Stává se přímou vzpomínkou na vyspělost našich předků, ať již technologickou, stavební či architektonickou. Chrudimský železobetonový věžový vodojem dokončený roku 1913 v rámci rekonstrukce zdejšího vodovodu podle projektu firmy Ing. Karel Kress z Prahy [10] byl po svém dlouholetém chátrání před deseti lety z vnější části opraven a stal se součástí areálu společnosti Vodovody a kanalizace Chrudim, a. s. Barevné žlutomodré provedení fasády neodpovídá historické předloze, jedná se o barvy, ve kterých zdejší vodárenská společnost prezentuje své prostory a technologické objekty.

Impozantně působí zděný věžový vodojem stojící od roku 1907 v Plzni v areálu společnosti Plzeňský Prazdroj, a. s. Obdivovat tuto téměř 60 metrů vysokou stavbu (jedná se o jeden z nejvyšších věžových vodojemů na našem území) připomínající pobřežní maják mohou návštěvníci při prohlídce pivovaru [11]. Čerstvě zrekonstruovaný je rovněž věžový vodojem v areálu národní kulturní památky Dolní oblast Vítkovice v Ostravě (obr. 2), který s nádrží objemu 1 200 m3 ve výšce 30 metrů nad terénem upamatovává na svou důležitost v systému vodního hospodářství bývalých vysokých pecí.

Rozhledny

Při hledání nových možností smysluplného využití nabádají věžové vodojemy svou výškovou dominancí přirozeně k přebudování na rozhlednu. Tento trend je v posledních letech také posílen skutečností, že je možno čerpat dotační prostředky například pro turistiku a cestovní ruch, na turisticky významné objekty a podobně (například ROP – Regionální operační program). Hlavním cílem oblasti podpory těchto projektů je využití potenciálu pro udržitelný rozvoj cestovního ruchu v daných regionech [12].

Aby si potencionální návštěvníci mohli užívat výhledů z věžových vodojemů, je zapotřebí zajistit bezpečnou přístupovou cestu do horních částí věže. Ideální variantou je vedení této cesty vnitřními prostory dříku. Pokud to velikost dříku nebo jeho technické řešení neumožňují, buduje se zpravidla přístup venkovní po schodišti. Tímto způsobem se realizovala například přestavba vodojemu v Heřmanově Huti z roku 1908. Objekt patří mezi nejstarší železobetonové věžové vodojemy u nás a původně sloužil pro potřeby pivovaru ve Vlkýši [11]. Střecha akumulační části, která je nesena železobetonovými pilíři a středovým dříkem, dnes slouží jako vyhlídková terasa. Na ní se lze dostat pomocí točitého ocelového schodiště se zábradlím připojeného k objektu. Slavnostní otevření nové rozhledny proběhlo v říjnu roku 2011, cena rekonstrukce činila 3,4 mil. Kč.

Nad rovinatou krajinou u města Kolína ční v jeho západní části 45 metrů vysoký železobetonový věžový vodojem (obr. 3), z jehož rezervoáru o objemu 450 m3 proudila 7. srpna 1930 poprvé voda do rozšířeného kolínského vodovodu. Od druhé poloviny sedmdesátých let 20. století přestal vodojem sloužit svému původnímu poslání a postupně ztrácel svůj lesk. Ten se však nakonec podařilo obnovit, a tak se opravený vodojem stal po 85 letech veřejně přístupnou rozhlednou. Ovšem nemuselo tomu tak být. Původně totiž autor projektu Ing. Dr. Jan Vladimír Hráský počítal s tím, že železobetonová vodní nádrž bude kulovitá (čímž by se stal vodojem jediným svého druhu na našem území), a dá se tvrdit, že takto stavebně řešený rezervoár by pro přestavbu na vyhlídku nebyl příliš vhodný a možná by se záměr vůbec nerealizoval. Konečnou podobu kolínskému vodojemu nakonec vtiskl architekt František Janda [13]. Celkové rozměry a vnitřní řešení objektu umožňují výstup po původním schodišti do patra pod střešní kopulí, odkud pohledový zážitek zpříjemňují desítky informačních panelů směřujících na významné stavby, přírodní zajímavosti a další body v okolí. Součástí expozice je také stručný nástin historie kolínského vodovodu i vodojemu.

korinek-3
Obr. 3. Vyhlídková kopule kolínského vodojemu (2016)
Fig. 3. Lookout dome of the Kolín water tower (2016)

V podobném duchu je rovněž využit železobetonový věžový vodojem se zajímavou konstrukcí čnící nad Třebíčí (obr. 4) v místě zvaném Na Kostelíčku. Dřík s točitým schodištěm má půdorys obdélníku, rohy jižní stěny jsou zaoblené. V horní části vystupuje z dříku válcový rezervoár, který je však umístěn mimo vertikální osu dříku a podepírají jej proto na severní straně dva pilíře. Objekt zakončuje střešní terasa, která dala jasnou odpověď na otázku v době, kdy se pro vodojem z roku 1937 hledalo nové využití. Přestavba přesahující částku 3 mil. Kč probíhala v letech 2014–2015. V prostorách dříku se nachází expozice vývoje třebíčského vodárenství (v každém podlaží vodojemu je expozice jedné z vývojových etap, v dříve nepřístupné komoře vodojemu je možno pustit si projekce videopořadů podle vlastního výběru). Telekomunikační technika byla z hlavní vyhlídkové plošiny přemístěna na nejvyšší plošinu, aby nepřekážela návštěvníkům a zároveň aby nedošlo k poškození techniky [14].

korinek-4
Obr. 4. Věžový vodojem v Třebíči (2015)
Fig. 4. Water tower in Třebíč (2015)

Subtilně vyhlížející věžový vodojem ležící v areálu Národního hřebčínu Kladruby nad Labem, státní příspěvková organizace, doznal při své přestavbě v letech 2014–2015 na rozhlednu viditelných změn, zejména v prostoru bývalé akumulace. Původní rezervoár byl odstraněn a v kruhovém vnějším plášti byly po obvodu proraženy obdélníkové okenní otvory. Přístup do patra pod vyhlídku je umožněn po dodatečně osazeném vnějším ocelovém schodišti, poslední úsek rozhledny je nutno zdolat po jednoramenném schodišti.

Galerie, expozice

V královském Nymburce nalezneme několik věžových vodojemů – secesní z roku 1904, unikátní komínový z roku 1917, drážní uvedený do provozu roku 1950 a nejstarší zdejší vodní věž zvanou Tureckou (obr. 5). Ta stojí od roku 1597 na labském nábřeží a čerpala se do ní voda přímo z řeky Labe. Půdorys stavby tvoří nepravidelný desetihran, vstupuje se do ní půlkruhovým renesančním portálem. Svému účelu přestala sloužit na počátku 1. světové války, kdy stále ještě zásobovala jednu kašnu na náměstí. V dlouhém období let 1990–2012 prošla stavba postupnou důkladnou obnovou dosahující částky 5,5 mil. Kč. Citlivě opravené interiéry včetně točitého kamenného schodiště jsou po předchozí domluvě přístupné veřejnosti a nabízejí zajímavé prostory pro připravované expozice v rámci činností města [15].

korinek-5
Obr. 5. Turecká věž v Nymburce nabízí zajímavé prostory (2016)
Fig. 5. Interior of the Turkish tower in Nymburk offers interesting spaces (2016)

Českobudějovická vodárenská věž z roku 1724 získala svou dnešní novogotickou podobu a výšku 44 metrů při úpravě roku 1882. Zároveň zde došlo v té době k umístění válcové nýtované nádrže o objemu 250 m3 a v patře pod ní obdélníkové nádrže o objemu 38 m3, která sloužila jako záloha při čištění a opravách hlavní nádrže. Kamennou věží lze v současnosti v rámci prohlídky vystoupat po dřevěném schodišti až do patra pod válcový rezervoár a užít si zajímavé pohledy na město. V přízemí stojí za zmínku zasklený suterén s původním potrubím, u východní strany paty věže z vnější stany sgrafito od místního malíře Richarda Kristinuse zobrazující městský znak a v okolí vodárny informační panely o historickém vývoji vodovodu v Českých Budějovicích [16].

Na první pohled bizarní spojení dvou světů vzniklo ve věžovém vodojemu v Třeboni – v secesní vodárenské věži z roku 1909 postavené podle architektonického návrhu Jana Kotěry (obr. 6) je umístěna Galerie buddhistického umění. Realizace je však povedená. Teprve otevřený prostor směrem vzhůru zužujícího se válcového dříku a do kruhu zaoblené stěny dají skvěle vyniknout i více než deset metrů dlouhým pásům pláten malířského umění Mongolska, Tibetu, Číny a Japonska. První architektonické studie současných úprav interiéru vytvořil Ing. Stanislav Toman, konečnou verzi projektu pak dotvořil Štěpán Klečka. Slavnostní otevření proběhlo 19. května 2013 za přítomnosti Jeho Ctihodnosti Chamba Lamy D. Čojdžamce [17].

korinek-6
Obr. 6. Galerie buddhistického umění ve vodojemu v Třeboni (2016)
Fig. 6. Gallery of Buddhist art in the water tower in Třeboň (2016)

Drážní věžové vodojemy patří mezi poměrně značně ohrožené industriální dědictví. Vznikaly od poloviny 19. století v souvislosti s výstavbou parostrojní železnice na našem území. Jelikož již dlouhá léta neslouží svému poslání, jsou většinou ve špatném technickém stavu, značně zchátralé a mnohé jsou zdemolované. Přitom svými stavebními a konstrukčními parametry nabízí zajímavé možnosti pro nové využití.

Budova vodárny ve stanici Pardubice­‑Rosice byla postavena v roce 1871 při budování tratě z Rosic nad Labem do Havlíčkova Brodu. První patro nese dvě vodní nádrže, každou o objemu 30 m3. V levém křídle se nacházely dvě kanceláře a v pravém křídle byt strojníka. Počátkem osmdesátých let 20. století vodojem definitivně dosloužil a stal se skladištěm, později obydlím pro bezdomovce. V roce 2000 si objekt vodárny pronajal Pardubický spolek historie železniční dopravy a do roku 2003 prováděl kompletní renovaci objektu včetně opravy střechy. Postupně zde probíhala instalace exponátů a sbírkových předmětů s tematikou železniční historie, které se vážou na region Pardubicka včetně přilehlých tratí, a muzeum se zpřístupnilo veřejnosti. Stavba byla v roce 2006 prohlášena kulturní památkou ČR. Dnes jsou expozice umístěny ve všech prostorách vodárny i v jejím blízkém okolí [18].

Malé vodárenské muzeum se nachází ve vybraných prostorách kladenského vodojemu z roku 1936. Ten je unikátní tím, že se jedná o vůbec první vodojem na našem území postavený celý z oceli a obezděný cihlovým zdivem. Prostory staré vodárenské věže v historické části Plzně z první poloviny 16. století jsou zase součástí prohlídkové trasy historického plzeňského podzemí.

korinek-7
Obr. 7. Vodojem ve Vratimově s nepůvodním ochozem (2016)
Fig. 7. Water tower Vratimov with unoriginal gallery (2016)

Byty, místa odpočinku

Zrekonstruovat objekt věžového vodojemu k bydlení bývá poměrně těžší, než přebudovat jej na rozhlednu. Interiér většinou nenabízí dostatek potřebného prostoru, protože objekt je orientován vertikálně. Rovněž finanční náklady mohou dosahovat částek několika desítek milionů korun. Přesto existuje na našem území několik zajímavých realizací.

Přestavbu osmdesát pět let starého vodojemu ve Vratimově (obr. 7) zahájil její současný majitel v roce 2001. Postupná a citlivě pojatá rekonstrukce přeměnila vnitřní prostory na příjemné místo relaxace a ateliér zároveň. Netradičně byl v objektu zachován původní kruhový rezervoár (při těchto přestavbách se nádrž zpravidla odstraní a ponechá se pouze vnější obvodový plášť), osvětlení interiéru přirozeným světlem bylo vyřešeno soustavou zrcadel. Nově došlo k vybudování nepůvodního ocelového ochozu se zábradlím vedoucího kolem horní části, tato přístavba však nenarušila celkový architektonický dojem objektu. Konverze vratimovského vodojemu byla také na konci roku 2014 prezentována na výstavě Výzkumného centra průmyslového dědictví FA ČVUT v Galerii Jaroslava Fragnera Industriální topografie/Architektura konverzí 2005–2015.

Ambiciózní projekt přestavby 42 metrů vysokého vodojemu v Praze­‑Libni započal v roce 2008. Značně zchátralý věžový vodojem se tak po 104 letech od svého postavení firmou František Schlaffer dočkal opravy. V rámci rekonstrukce, jejíž projekt zpracoval architekt Zbyněk Pšenička z firmy Faber Project a která probíhala ve spolupráci s památkovým odborem, došlo k obnově vnějšího pláště vodojemu, včetně navrácení původních zdobných prvků (šambrán, říms, pilastrů a podobně), které byly v minulosti při neodborných stavebních zásazích setřeny. Pod věží začal být budován komunikační uzel propojující vlastní věž s prostory relaxačního centra, v druhé části rohového pozemku částečně zapuštěné garáže a další objekty. Vodojem je po částečné kolaudaci a je připravený na dobudování komfortního mezonetového bytu se sportovně relaxačním centrem, výtahem a podzemní garáží pro osm automobilů. Rezidence Water Tower, jak se věž nyní nazývá, je nabízena exkluzivně k prodeji za částku 130 milionů Kč. K tomu však musí budoucí vlastník připočíst přibližně dalších 50 milionů Kč na úpravy interiéru [19].

K trvalému bydlení je rovněž přizpůsoben drážní vodojem v Chotěboři nedaleko Bílku. Objekt patřil v minulosti drahám a dodával měkkou říční vodu ze studny u řeky Doubravy do dalšího drážního vodojemu na chotěbořickém nádraží. Podle letopočtu, který stavitelé vytesali do kamene umístěného nad horními okny, byl třípatrový vodojem postaven roku 1879. V jarních a letních měsících vyniká udržovaná zahrada rozprostírající se kolem vodojemu [20].

Romantická renesanční vodárenská věž v Jičíně (obr. 8) stojící na hrázi rybníku Kníže je využívána jako galerie. Vnitřní prostory stavby čtvercového půdorysu, o níž se první zmínka objevila již v roce 1502, představují koncept starobylého ubytování. Na pěti podlažích se zde nacházejí ložnice, koupelna, salonek, vstupní hala a sklepní šenk, nábytek a vybavení jsou převážně z masivního dřeva. Všechny místnosti byly rekonstruovány a vybaveny na základě návrhů odborníků na dobovou architekturu a interiéry. Ve věži mohou být po dohodě s majitelem vystavována umělecká díla [21].

korinek-8
Obr. 8. Podkrovní ložnice ve vodárenské věži v Jičíně (2016)
Fig. 8. Attic bedroom in a water tower in Jičín (2016)

Nosiče telekomunikační techniky a reklamy

Novou funkci může objekt věžového vodojemu získat i v době, kdy je stále ještě v provozu. Výškové stavby jsou obecně vhodné pro umístění telekomunikační techniky, jejíž rozmach se v posledních desetiletích stupňuje. Celá řada vodojemů tak nese na různých místech antény, vysílače a další zařízení, která jsou pro jejich provoz nezbytná. Umístění těchto technologických systémů však také v mnoha případech narušuje architektonický vzhled stavby a původní záměr autora návrhu. Jedním příkladem z mnoha je 50 metrů vysoká vyrovnávací věž v Praze­‑Radlicích, kterou ve formě tří válců postavených do trojúhelníka a vzájemně spojených konkávními skleněnými profily navrhl světově známý architekt Ing. Karel Hubáček. Dnes je horní část stavby obklopena ocelovou pětipatrovou konstrukcí nesoucí telekomunikační zařízení a celý tento komplex zakrývá zaoblené vrcholky válců i barevné provedení horní části.

Ukázkou citlivého přístupu může být řešení provedené na věžovém vodojemu zkolaudovaného roku 1932 v Benátkách nad Jizerou (obr. 9). Na ploché střeše, která samozřejmě nabízí lepší možnosti než věž v Radlicích, je uchycena masivní ocelová příhradová konstrukce výšky 8,6 metru a hmotnosti 14 tun. Ta svým tvarem komolého čtyřbokého jehlanu hmotu věže příjemně zakončuje bez narušení celkového pohledového dojmu na konstruktivistický vodojem [22].

Věžové vodojemy nám mohou rovněž vhodně posloužit jako nosiče reklam. Často jsou tímto způsobem využívány zejména typizované ocelové montované vodojemy (např. aknagloby či hydrogloby), kdy je reklamní nápis nanesen přímo na vnější plášť akumulačního prostoru. V některých případech se místo nátěru používají reklamní bannery, které však mnohdy nepůsobí vzhledně. Běžně jsou reklamní nápisy v noci osvětleny. Kromě klasické firemní reklamy mohou vodojemy také nést znaky a symboly měst a obcí.

Z chrámu vody chrámem boha

Na našem území bychom našli jeden netradiční případ, kdy původní objekt věžového vodojemu v podstatě zanikl (přičemž ale nebyl demolován) a došlo ke vzniku zcela nové stavby. A není určitě bez zajímavosti, že uvedený příklad je přeměnou stavby ryze technické ve stavbu sakrální.

Jedná se o přestavbu vodní věže a sýpky stojící v minulosti před zámkem Stránov v Jizerním Vtelnu. V horní části věže byl umístěn kotel (nádrž), který napájela voda ze Skalského potoka a následně se rozváděla po Stránově a Vančurově. Objekty podle žádosti arcibiskupa pražského Antonína Petra z Příchovic přestavěl Jan Václav hrabě z Příchovic na kostel (provedl pražský architekt F. Hegera), jenž byl následujícího roku 1763 od zmíněného arcibiskupa zasvěcen sv. Václavovi [23].

korinek-9
Obr. 9. Konstrukce s telekomunikační technikou na střeše vodojemu v Benátkách nad Jizerou (2015)
Fig. 9. Construction of telecommunications technology on the roof of water tower in Benátky upon Jizera (2015)

Netradiční vývoj má za sebou také samostatně stojící zvonice kostela sv. Pavla v Ostravě­‑Vítkovicích. Ta byla roku 1882 navržena jako věžový vodojem (ve věži se nacházely dva ocelové vodojemy o celkovém obsahu 50 m3 umístěné 14,2 metru nad terénem) a požární pozorovatelna. Stavbu ve výšce 21,8 metru zakončovala jednoduchá stanová střecha. Z dochovaných plánů je zřejmé, že se počítalo s pozdějším dobudováním objektu na věž kostela (na plánu se doslovně uvádí „V případě potřeby může být postaveno výše a použito jako kostelní věž“). K dostavbě došlo nejpozději do října roku 1886 (věž byla zvýšena o zvonici a ukončena vysokou jehlanovou střechou), kdy byl čerstvě dostavěný kostel zasvěcen sv. Pavlovi na počest tehdejšího ředitele železáren Paula Kupelwiesera [24].

O dalších věžových vodojemech již jen stručně. Památkově chráněná vodárenská věž bývalé Petržilkovské vodárny v Praze dnes slouží jako kancelářské prostory. Tubus věže, postavené koncem 16. století, citlivě propojuje se sousední budovou ocelová prosklená lávka nad plavebním kanálem podle návrhu Ing. Petříkové. Kancelářské využití se rovněž našlo v prostorách pseudorenesančního vodojemu z roku 1894 v Mladé Boleslavi (sídlí zde Odbor stavební a rozvoje města a regionu). Na penzion a restauraci byl v letech 2005–2006 firmou Tchas, spol. s r. o., přestavěn železobetonový věžový vodojem v Bohumíně. Náročná přestavba původního objektu z roku 1935 činila přibližně 25 milionů korun, k věži na východní straně nově přiléhá šachta s proskleným výtahem a schodištěm. Ubytování systému BnB nabízí stará vodárenská věž ve Slaném na Fortenské ulici, na soukromé ubytování byl v minulosti přestavěn věžový vodojem v Brně­‑Řečkovicích [25, 26].

Aktuální dění

I v současné době probíhá několik projektů rekonstrukcí měnící věžové vodojemy na stavby s novým využitím. Unikátní vratislavická zauhlovací věž architekta Leopolda Bauera, nesoucí ve svých útrobách zároveň vodojem, je momentálně přebudovávána spolkem AvantgArt, z. s., na kulturní centrum Zauhlovačka, které by mělo sloužit jednak jako výtvarný ateliér, jednak jako řemeslné dílny.

Restaurátorské práce probíhají na vodárenské věži bývalých Nových mlýnů na Novém Městě v Praze. Na jaře roku 2017 se v ní počítá s otevřením expozice o hasičích a požárech, celkové náklady jsou odhadovány na částku 50 mil. Kč. V rekonstrukci je rovněž již dávno nefunkční věžový vodojem v Praze­‑Michli postavený podle návrhu architekta Jana Kotěry v roce 1907, komplexní rekonstrukce by se měl také dočkat vodojem v Praze­‑Bubenči, který dlouhá léta sloužil čajovně a aktivitám dětí. Těm by měl být znovu zpřístupněn i po plánované opravě.

Vzácný oktogonální komín s vodojemem stojící od roku 1920 v obci Vilémov­‑Zahořany (obr. 10) se díky aktivitám Svazu českých komínářů a týmu Fabriky.cz podařilo zachránit a přesvědčit majitele (obec Vilémov) o jeho zachování. Komín, který je významným orientačním prvkem na nově vzniklé cyklostezce, by měl být výhledově přebudován na rozhlednu [27].

korinek-10
Obr. 10. Návrh využití komínového vodojemu v Zahořanech jako rozhledny (autoři návrhu Jana Hořická a Jan Pustějovský, 2015)
Fig. 10. Proposal for the use of the water chimney reservoir as a lookout tower in Zahořany (authors of proposal Jana Hořická and Jan Pustějovský, 2015)

Závěr

Současný trend zvýšeného využívání věžových vodojemů k novým účelům na našem území je patrný. Aktuální jsou zejména přestavby na rozhledny doplněné muzejními prostory či expozicemi, zaměřenými převážně na vodárenství. Zázemí zde mohou také najít různé galerie a ateliéry. Přestavby na věže k bydlení patří většinou mezi projektově i finančně náročnější projekty, přesto se realizují. Vodojemy mohou také zůstat důstojnými památníky připomínajícími historii místa bez nutného užití jejich interiérů. Při jakékoliv úpravě stávajících objektů je vhodné důkladně zvážit smysl nového využití a mít zpracovaný kvalitní projekt jak po stránce stavební, tak architektonické. Věžové vodojemy jsou nám stále na očích.

Posted by & filed under Hydraulika, hydrologie a hydrogeologie.

Souhrn

V předložené studii byly testovány vybrané lineární a nelineární regresní modely, které popisují vzájemný vztah mezi parametry modelu Bilan, které jsou stanoveny na základě meteorologických a hydrologických řad a mezi retenčními charakteristikami stanovenými na základě vybraných geomorfologických charakteristik povodí.

img_2478_uprava

Odvozené lineárně regresní modely umožňují odhad parametrů modelu Bilan na základě retenčních charakteristik, které odhadují retenci v ploše povodí S3, a charakteristik, které odhadují retenci v nivě povodí Smax, St a Dd. Uvedený příspěvek prezentuje první výsledky regionální analýzy zaměřené na kvantifikaci retenčních charakteristik analýzou geomorfologických charakteristik povodí.

Úvod

Retence vody v povodí je jedním z klíčových faktorů, které utvářejí výslednou hydrologickou bilanci povodí. Celkovou retenci vody pro dané povodí tvoří časově a prostorově proměnlivé zásoby vody zadržené ve sněhové pokrývce, na povrchu vegetačního pokryvu, na povrchu povodí, v nenasycené a nasycené zóně.

Jeden ze základních přístupů kvantifikace dynamiky celkové retence vody v povodí je založen na aplikaci matematického modelu hydrologické bilance, který umožňuje kontinuální simulaci hydrologické bilance pro vybraný řešený časový úsek. Celková retence je následně stanovena na základě podrobné analýzy simulovaných toků a zásob výsledné hydrologické bilance povodí. V podmínkách České republiky je pro potřeby řešení celé řady souvisejících inženýrských úloh využíván celistvý model hydrologické bilance Bilan [1, 2]. Model Bilan umožňuje popsat dynamiku jednotlivých zásob vody v povodí, která je vyjádřena jejich časovými řadami. K tomu účelu jsou používány vybrané časové řady meteorologických a hydrologických veličin.

Vedle simulací celkové retence kontinuálním modelem hydrologické bilance existuje celá řada empirických přístupů, které poskytují odhad retence vody v povodí. Jedním z nejrozšířenějších je empirický postup, který využívá čísla odtokových křivek (CN křivky) pro stanovení odhadu maximální retence povodí [3].

Dále celá řada studií poukazuje na vzájemný vztah mezi hydrologickým systémem povodí a geomorfologickými charakteristikami povodí [4–6]. Tyto vztahy je možné použít pro regionalizaci hodnot vybraných parametrů hydrologického modelu, která je založena na využití fyzikálních geomorfologických charakteristik povodí [4, 5]. V případě existence vzájemného vztahu mezi geomorfologickými charakteristikami povodí a parametry hydrologického modelu je možné kvantifikovat vliv nově navrhovaných retenčních opatření [7]. Podmínkou kvantifikace je existence vztahu mezi retenčními opatřeními a geomorfologickými charakteristikami [4].

Cílem předloženého příspěvku je popis vzájemného vztahu vybraných geomorfologických charakteristik povodí a vybraných parametrů hydrologického modelu Bilan, které nejvíce ovlivňují celkovou retenci vody v povodí. Na základě odvozených vztahů bude následně možné kvantifikovat vliv vybraných retenčních opatření v povodí na celkovou retenci vody v povodí.

Materiál a metody

Data povodí LAPV

V předložené studii byly použity dva druhy dat. První byl tvořen měsíčními meteorologickými a hydrologickými řadami pro povodí řešených v rámci Generelu lokalit pro akumulaci povrchových vod (LAPV). Druhý soubor dat je tvořen prostorovými daty, která umožňují stanovit vybrané charakteristiky povodí.

Pro každé povodí byla provedena kalibrace hydrologického modelu Bilan, jejímž výsledkem bylo stanovení hodnot parametrů modelu Bilan pro dané povodí LAPV. V předložené studii byly testovány parametry Spa a Grd.

maca-1
Obr. 1. Výsledky lineárního modelu krokové regrese pro parametr Spa; A) shoda mezi Spa stanoveným na základě kalibrace modelu Bilan a Spa stanoveným geomorfologickou analýzou; B) závislost Spa stanoveným geomorfologickou analýzou na průměrném sklonu říční sítě St
Fig. 1. Results of stepwise linear regression model for Spa parameter; A) scatter plot of Spa estimated using the Bilan model and Spa estimated using geomorphological analysis; B) relationship between Spa estimated using geomorphological analysis and average slope of river network

Parametr Spa vyjadřuje velikost nelineárního zásobníku zásoby půdní vody a intercepce v povodí v mm, který určuje část retence vody v povodí. Zvýšením hodnot Spa je zvýšena uvedená část celkové retence vody v povodí. Parametr Grd je součinitel zásobnosti akumulačních prostorů, které kontrolují základní odtok. Snížením hodnot Grd dochází ke zpomalení základního odtoku v povodí.

Analýza vzájemného vztahu geomorfologických charakteristik a parametrů modelu Bilan byla provedena na souboru vybraných 53 povodí LAPV. Na základě GIS analýz byly stanoveny pro každé povodí následující geomorfologické charakteristiky povodí: A – plocha povodí [km2]; CN1, CN2, CN3 – čísla odtokových křivek pro tři předchozí vláhové poměry; S1, S2, S3 – maximální retence povodí stanovená metodou CN pro tři typy předchozích vláhových poměrů [mm]; Dd – hustota říční sítě [km/km2]; L – celková délka říční sítě [km]; S – průměrný sklon říční sítě [%]; Sp – sklon povodí [%], Smax – maximální lokální sklon povodí [%].

Regresní modely

Pro stanovení vzájemného vztahu mezi vybranými parametry modelu Bilan (Spa a Grd) a geomorfologickými charakteristikami povodí (deskriptory) byly použity následující regresní modely: model vícerozměrné lineární regrese, model krokové regrese a nelineární regresní model založený na Gaussově procesu [8].

Vícerozměrný model lineární regrese určuje každý parametr modelu Bilan pomocí lineární kombinace hodnot vybraných geomorfologických charakteristik a neznámých parametrů, které byly stanoveny standardní metodou nejmenších čtverců [9].

Model krokové regrese pomocí iteračního výpočtu identifikuje vhodný soubor geomorfologických charakteristik, které vysvětlují testované parametry modelu Bilan. Pro potřeby řešení byl použit jednoduchý prunning algoritmus [10], který iterační výpočet začíná s modelem s největším počtem deskriptorů. V každé iteraci je následně postupně odebírán/přidáván deskriptor s nejmenším podílem na vysvětlení celkového rozptylu na základě výsledků F­‑testu [9]. Iterační výpočet končí nalezením vhodného souboru statisticky významných deskriptorů. Pro výpočet modelem krokové regrese byly použity, v rámci každé iterace, modely vícerozměrné lineární regrese. Výsledný model krokové regrese je tedy vícerozměrný model lineární regrese, který předpovídá parametry modelu Bilan souborem statisticky významných deskriptorů geomorfologických charakteristik povodí.

Model nelineární regrese založený na Gaussově procesu je popsán funkcí střední hodnoty a kovarianční funkcí analyzovaného souboru dat. Pro vyjádření kovarianční funkce byly použity RBF funkce. Identifikace parametrů byla provedena metodou viz [11]. Pro stanovení hodnot parametrů Spa a Grd byly testovány soubory různých kombinací dvou a tří geomorfologických deskriptorů.

Celý výpočet byl proveden ve statistickém prostředí R, regresní modely Gaussova procesu byly počítány pomocí balíku kernlab [12].

Výsledky

Kalibrace modelu Bilan pro povodí LAPV

Pro kalibraci modelu Bilan byla využita data 53 povodí zpracovaných v rámci Generelu lokalit pro akumulaci povrchových vod (Generel LAPV). Pro stanovení hodnot parametrů Spa a Grd byl použit manuální a automatický kalibrační postup. Kvalita kalibrace byla ohodnocena na základě porovnání pozorovaných a vypočtených hodnot měsíčních výšek odtoku koeficientem determinace (NS) a hodnotami průměrné absolutní odchylky (MAE).

Hodnoty koeficientu determinace se nacházely v intervalu (0,03; 0,75). Průměrná hodnota NS byla rovna 0,48, medián 0,51, 50 % povodí bylo nakalibrováno s hodnotami NS mezi 0,38 a 0,59, u 25 % povodí byly výsledky kalibrace ohodnoceny hodnotou NS mezi 0,59 a 0,75.

Hodnoty průměrné absolutní odchylky se nacházely v intervalu (1,91; 13,68). Průměrná hodnota MAE byla rovna 7,64 mm, medián 6,73 mm, 50 % povodí bylo nakalibrováno s hodnotami MAE mezi 5,50 mm a 9,83 mm, u 25 % povodí byly výsledky kalibrace ohodnoceny hodnotou MAE mezi 1,91 mm a 5,50 mm.

Identifikované hodnoty parametru Spa se pohybovaly v rozpětí 23 mm a 163 mm, průměrná hodnota Spa byla rovna 84,13 mm, medián 80,43 mm, 50 % povodí mělo hodnotu Spa mezi 64,39 mm a 108,60 mm, u 25 % povodí byla celková retence půdního a intercepčního zásobníku mezi 108,60 mm a 163 mm, pro 25 % povodí s nejnižší hodnotou Spa byla hodnota parametru nalezena mezi 23 mm až 64 mm.

Identifikované hodnoty parametru Grd se nacházely v rozpětí 0,05 a 0,50 mm, průměrná hodnota Grd byla rovna 0,52, medián 0,25, 50 % povodí mělo hodnotu Grd mezi 0,20 a 0,31, u 25 % povodí byla hodnota součinitele zásobnosti pro zásobník podzemní vody mezi 0,31 a 0,50, pro 25 % povodí s nejnižší hodnotou Grd byla hodnota parametru nalezena mezi 0,05 až 0,20.

Kroková regrese

Pro stanovení parametru Spa byl identifikován následující lineární model na základě krokové regrese:

 

Spa = 0,71 S3 + 88,91 Dd – 8,89 St + 65,76             (1)

 

kde hlavní soubor deskriptorů je tvořen S3 maximální retencí pro III. typ předchozích vláhových podmínek [mm]; Dd je hustota říční sítě povodí [km/km2] a St průměrný sklon říční sítě v [%]. Celý soubor představuje statisticky významné vstupní veličiny, což bylo potvrzeno výsledky F testu a t­‑testů, koeficient determinace lineárního modelu je roven 0,33. Výslednou závislost ukazuje obr. 1 a. Nejtěsnější lineární shodu mezi hodnotami Spa a použitými deskriptory vykazuje vztah mezi sklonem toku a Spa (viz obr. 1b).

maca-2
Obr. 2. Výsledky lineárního modelu krokové regrese pro parametr Grd; A) shoda mezi Grd stanoveným na základě kalibrace modelu Bilan a Grd stanoveným geomorfologickou analýzou; B) závislost Grd stanoveným geomorfologickou analýzou na průměrném sklonu říční sítě St
Fig. 2. Results of stepwise linear regression model for Grd parameter; A) scatter plot of Grd estimated using the Bilan model and Grd estimated using geomorphological analysis; B) relationship between Grd estimated using geomorphological analysis and average slope of river network

Pro parametr Grd byl krokovou regresí stanoven následující lineární model:

 

Grd = 0,02 St – 0,003 Smax + 0,23       (2)

 

kde soubor deskriptorů je tvořen St průměrným sklonem říční sítě v [%], Smax maximálním lokálním sklonem v povodí v [%]. Opět výsledný model obsahuje statisticky významné vysvětlující geomorfologické veličiny podle F testu a t­‑testů, koeficient determinace je roven 0,17 (viz obr. 2a). Nejtěsnější shodu deskriptorů a hodnot Grd opět vykazoval vztah mezi Grd a sklonem říčního systému St (viz obr. 2b).

Jak je patrné ze závislostí na obr. 1b2b při implementaci revitalizačních opatření, které vedou ke snížení podélného sklonu toků v povodí, bude zvýšena celková retence v povodí. Rovnice 1 a 2 umožňují kvantifikovat retenci pomocí odhadu hodnot parametrů Spa a Grd a následném využití při simulaci hydrologické bilance modelem Bilan.

Nelineární regrese – Gaussovský proces

Na základě testování různých nelineárních regresních modelů byly pro oba parametry vybrány následující modely. Parametr Spa byl odhadován pomocí St průměrného sklonu říční sítě v [%] a hodnot odtokových křivek CN2 pro druhý typ předchozích vláhových poměrů. Parametr Grd byl odhadován na základě celkové délky říční sítě v povodí Lt [km] a hodnot odtokových křivek CN3 pro třetí typ předchozích vláhových poměrů.

maca-3
Obr. 3. Kalibrace a validace nelineárního regresního modelu, černě jsou znázorněny výsledky kalibrace, červeně jsou zobrazeny výsledky validace
Fig. 3. Calibration and validation results of nonlinear regression model, black dots show the calibration dataset and the red dots show the validation dataset

Validační postup nelineárních regresních modelů, založených na Gaussovském procesu, se skládal z kalibrace regresních modelů na kalibračních souborech dat, validace byla provedena pro osm náhodně vybraných povodí, která nebyla zahrnuta do kalibračního souboru. Validační výsledky modelů obou parametrů ukazují grafy na obr. 3.

Kvalita kalibrace regresního modelu pro Spa byla kvantifikována lineárním modelem mezi hodnotami parametru SpaBILAN stanovenými na základě meteorologických a hydrologických časových řad a hodnotami SpaGAUSSPR stanovenými na základě geomorfologických charakteristik. Koeficient determinace pro kalibrační soubor byl roven 0,81, pro validační soubor 0,82. MAE byla rovna 11 mm pro kalibrační soubor a 25 mm pro validační soubor.

Kvalita regresního modelu pro parametr Grd byla opět ohodnocena lineárním regresním modelem mezi GrdBILAN stanoveným na základě meteorologických a hydrologických časových řad a hodnotami GrdGAUSSPR stanovenými na základě geomorfologických charakteristik. Koeficient determinace pro kalibrační soubor byl roven 0,74, pro validační soubor 0,72. MAE byla rovna 0,04 pro kalibrační soubor a 0,05 pro validační soubor.

Výsledný vztah mezi parametry odvozenými na základě použitých geomorfologických charakteristik ukazuje obr. 4.

Diskuse

Podle výsledků kalibrace byl úspěšnější nelineární regresní model než lineární regresní model. Při hledání vhodného nelineární regresního modelu byly zkoušeny různé soubory deskriptorů. Uvedené modely byly úspěšnější než zmíněné lineární modely. Podobné výsledky byly dosaženy v práci [5].

maca-4
Obr. 4. Vztah mezi Spa, průměrným sklonem říční sítě a CN2 číslem odtokových křivek (levá část obrázku); vztah mezi Grd délkou říční sítě a číslem odtokových křivek CN3 (pravá část obrázku)
Fig. 4. The relationship between Spa and average slope of river network St and curve number CN2 (left part of the figure); the relationship between Grd and length of river network and curve number CN3 (right part of the figure)

Skladba deskriptorů a odvozené vztahy jsou logické, např. zvýšení zásob podzemní vody může být dosaženo revitalizačním opatřením, jehož záměrem je zvětšení celkové délky toků, v rámci nichž je předpokládáno zvýšení infiltrace v nivním systému. Odvozený regresní model pro parametr Grd umožňuje rámcově kvantifikovat vliv tohoto opatření na hydrologický systém povodí. Podobně při snížení hodnoty CN změnou land use a zpomalením odtoku souborem revitalizačních opatření, které snižují průměrný sklon říční sítě, dojde ke zvýšení retence v povodí, která je charakterizována hodnotou parametru Spa. Odvozené regresní vztahy je možné alternativně stanovit souhrnnou regionální kalibrací modelu Bilan podle postupu [7].

Závěr

V předložené studii je navržen metodický postup, který dále umožňuje rámcově kvantifikovat vliv přírodě blízkých retenčních opatření na hydrologický systém povodí. Navržený postup umožňuje stanovit hodnoty parametrů modelu Bilan pro povodí, jehož hydrologický systém je ovlivněn plošnými a liniovými přírodě blízkými retenčními opatřeními. Na výsledky studie bude navazovat posouzení vlivu souboru retenčních opatření kontinuální simulací hydrologické bilance modelem Bilan v povodích LAPV.

Poděkování

Tento článek vznikl v rámci řešení projektu Možnosti kompenzace negativních dopadů klimatické změny na zásobování vodou a ekosystémy využitím lokalit vhodných pro akumulaci povrchových vod (TA04020501), který je spolufinancován Technologickou agenturou České republiky.

Posted by & filed under Hydrochemie, radioekologie, mikrobiologie, hydrobiologie, Technologie vody, vodárenství, čistírenství.

Souhrn

Příspěvek přináší stručnou souhrnnou informaci o projektu Stanovení množství nelegálních drog a jejich metabolitů v komunálních odpadních vodách – nástroj pro doplnění údajů o spotřebě drog v České republice (identifikační číslo projektu VG 20122015101) se zkráceným názvem DRAGON a o mezinárodní konferenci 2nd International Conference on „Wastewater­‑based drug epidemiology“, která se konala ve dnech 11.–15. 10. 2015 ve švýcarské Asconě.

c%e2%95%a0ieladenka_zima_2012

Úvod

Přestože slovo droga má více významů, většinou se všem vybaví spojení s něčím nezákonným. Užívání nelegálních drog je celospolečensky nežádoucí záležitost, hledají se cesty k omezení jejich spotřeby. Tato spotřeba se obvykle monitoruje prostřednictvím dotazníkových akcí, údaji zjištěnými při policejní práci – kriminální činy spojené s požitím nebo získáváním drog a údaji ze zdravotnictví – choroby vzniklé na základě zneužívání drog.

Jako doplňková metoda se v současnosti využívá analýza komunálních odpadních vod – epidemiologie odpadních vod (WBE – wastewater­‑based epidemiology). Epidemiologii odpadních vod byl položen základ na přelomu let 1999 až 2000 [1] a poprvé byla aplikována v povodí řeky Pád [2]. Od dob svého vzniku se stala plnohodnotnou rozvíjející se disciplínou, která spojuje práci expertů z mnoha oborů.

Zpočátku byla epidemiologie odpadních vod využívána především pro sledování nezákonných látek (drog), léčiv atd. v odpadních vodách, a tím ke zjišťování stavu spotřeby drog, případně léčiv ve sledovaných lokalitách, především městských aglomeracích. V dnešní době je tento způsob sledování spotřeby drog v dané lokalitě využíván na celém světě. Zároveň však dochází k rozšiřování spektra sledovaných látek o další markery, které umožňují zjistit další informace o populaci – zdravotní stav, spotřebu alkoholu atd.

O tom, jak rozšířený obor epidemiologie odpadních vod je, svědčila i 2nd International Conference on „Wastewater­‑based drug epidemiology“, která se konala ve dnech 11.–15. 10. 2015 ve švýcarské Asconě.

V první části tohoto příspěvku je prezentován projekt DRAGON realizovaný v letech 2012 až 2015 ve VÚV TGM, v. v. i., druhá část je věnována výše zmíněné konferenci.

Projekt DRAGON

V České republice byl epidemiologický přístup ke sledování spotřeby drog aplikován v projektu Stanovení množství nelegálních drog a jejich metabolitů v komunálních odpadních vodách – nástroj pro doplnění údajů o spotřebě drog v České republice (identifikační číslo projektu VG 20122015101) se zkráceným názvem DRAGON. Tento projekt byl řešen v rámci Programu bezpečnostního výzkumu České republiky v letech 2010–2015 (BII/2 – VS) a byl financovaný formou dotace z rozpočtové kapitoly Ministerstva vnitra České republiky. Cílem projektu bylo zavést vhodnou analytickou metodu pro měření koncentrací vybraných látek v komunálních odpadních vodách, pomocí této metody analyzovat odebrané vzorky a zpětnou kalkulací spočítat látkové odnosy u jednotlivých drog. Součástí projektu byla i Sociodemografická studie včetně analýz prostorového rozložení obyvatelstva a identifikace rizikových skupin uživatelů návykových látek (drog). Tuto studii zpracovala společnost Accendo – Centrum pro vědu a výzkum, o. p. s., se sídlem v Ostravě [3].

Řešitelský tým prošel během řešení projektu mnoha změnami, klíčovými osobami byli Věra Očenášková, Petr Tušil, Alena Svobodová, Danica Pospíchalová a Petra Kolářová.

Hlavním výstupem projektu byla Metodika aplikace epidemiologie odpadních vod pro stanovení odnosu nezákonných látek (drog) v České republice (http://www.vuv.cz/files/pdf/220/221_certifikovana_metodika_pro_stanoveni_
odnosu_drog_stanoveni_def.pdf).

Původní počet aglomerací zapojených do projektu (deset) se díky výborné spolupráci s místními čistírnami odpadních vod postupně podařilo rozšířit na dvacet pět, jejich lokalizace je znázorněna na obr. 1. V jednotlivých městech proběhly sedmidenní, v Ostravě pak 14denní odběrové kampaně, při kterých byly odebírány 24hodinové slévané vzorky. Každý rok byly kampaně realizovány ve čtyřech termínech, a to v dubnu, červnu, září a listopadu. V Praze, Brně, Ostravě, Ústí nad Labem, Plzni, Frýdku­‑Místku, Orlové, Havířově, Karviné a Českém Těšíně probíhal monitoring dva roky (celkem tedy 8 odběrových kampaní), v ostatních lokalitách byl jejich počet nižší. Hlavní odběrová místa byla na přítoku na čistírnu odpadních vod po hrubém předčištění. Tam, kde to umožňovala stoková síť, byla další odběrová místa situována i v uzlových bodech stokové sítě. Příklad z Brna je na obr. 2.

ocenaskova-1
Obr. 1. Lokalizace sledovaných čistíren odpadních vod v České republice
Fig. 1. Localization of monitored WWTP in the Czech Republic

Odebrané vzorky odpadních vody byly analyzovány metodou on­­‑line SPE – LC­‑MS/MS po ionizaci elektrosprejem v pozitivním nebo negativním modu [4].

Ve vzorcích odpadních vod byly sledovány původní drogy a z důvodu jejich přeměny v organizmu i jejich významné metabolity, které jsou také vylučovány do odpadních vod. Ke zpětné kalkulaci se u některých drog vychází právě z těchto metabolitů a nikoliv z látek původních. Sledovány byly tyto sloučeniny:

  • amfetaminy (metamfetamin (pervitin), amfetamin, 3,4-methylen­‑dioxy­‑N­‑methylamfetamin (MDMA, extáze));
  • kokain a jeho metabolity benzoylekgonin a kokaethylen;
  • opioidy (heroin, morfin, metabolit 6-acetylmorfin);
  • LSD;
  • buprenorfin;
  • metadon a jeho hlavní metabolit EDDP;
  • efedrin a pseudoefedrin;
  • tramadol;
  • THC­‑COOH (hlavní metabolit marihuany).

Vedle nelegálních drog byly sledovány i látky používané pro substituční léčbu – metadon a buprenorfin, prekurzory využívané pro výrobu drog (efedrin a pseudoefedrin) a účinná látka léčiv předepisovaných na bolesti opioid tramadol, který je často zneužíván [5].

Výsledky projektu a porovnání s Evropou

Celkem bylo v průběhu projektu odebráno a zanalyzováno více než 2 500 vzorků odpadních vod, ve všech vzorcích byly nezákonné drogy, jejich metabolity a další sledované látky nalezeny. Koncentrace jednotlivých analytů (ng/l) byla zpětnou kalkulací přepočtena na mg/den/1 000 obyvatel [6]. Díky tomuto přepočtu lze mezi sebou porovnávat jednotlivé sledované lokality.

Kromě porovnání jednotlivých sledovaných lokalit v rámci České republiky bylo provedeno také srovnání s evropskou studií realizovanou v letech 2011–2013 [7].

Extáze (MDMA) je typickou „party“ drogou. Její spotřeba výrazně stoupá o víkendech a hudebních akcích. V České republice byla nejvyšší spotřeba této drogy v Praze, následovalo Brno, Plzeň a Ostrava. Po dobu konání hudebního festivalu Summer City Fest v Plzni a festivalu Colours of Ostrava stoupla spotřeba extáze proti průměru v uvedených městech až šestkrát. Ve srovnání s Evropou se Česká republika pohybuje na evropském průměru.

Nejvyšší spotřeba kokainu, jehož užívání má také víkendový charakter, byla opět v Praze, dále potom v Plzni, Ústí nad Labem a v Brně. V mnoha evropských městech je spotřeba několikanásobně vyšší, Česká republika se pohybuje těsně pod průměrem.

Spotřeba metamfetaminu (pervitinu) v České republice je naopak několikanásobně vyšší než v Evropě. Na prvním místě v České republice je Ústí nad Labem. Některé zjištěné koncentrace byly extrémně vysoké, a byly ze statistického hodnocení vyloučeny. Protože ve stejných vzorcích byly naměřeny i velmi vysoké koncentrace efedrinu, který slouží k výrobě této drogy, a nálezy byly v lokalitách, ve kterých lze předpokládat výskyt nezákonných varen pervitinu, je nanejvýš pravděpodobné, že došlo ke kontaminaci odpadních vod právě z těchto varen. Dalšími městy s vysokou spotřebou metamfetaminu jsou Plzeň, Praha a Ostrava.

Rovněž spotřeba marihuany je v České republice vysoká. Pořadí českých měst podle její spotřeby je Praha, Plzeň, Ostrava a Brno. Srovnání s Evropou nebylo možné, protože nebylo zřejmé, jakým způsobem byla provedena zpětná kalkulace. Ve studii, s kterou byly výsledky porovnávány [7], nebyl uveden použitý přepočítávací faktor.

Na rozdíl od Evropy je v České republice relativně nízká spotřeba amfetaminu – nejvyšší nálezy jsou přibližně 15× nižší než nejvyšší nálezy v Evropě. Pořadí v ČR je Ústí nad Labem, Praha, Ostrava a Plzeň.

Tramadol je účinná látka řady léků předepisovaných na bolest (Tramal, Mabron, Noax). Řadí se mezi opioidy a může na něj vzniknout závislost. Často je také zneužíván. Jeho spotřeba o víkendech narůstá až třikrát. Detailněji jsou výsledky uvedeny ve sborníku z konference Hydrochémia 2016 [8]. Průběžné výsledky projektu byly prezentovány také na několika mezinárodních konferencích, zejména pak na konferenci v Asconě.

2. mezinárodní konference Wastewater­‑bassed drug epidemiology, 10.–15. 10. Ascona, Švýcarsko

Konference se zúčastnilo 80 expertů z 23 zemí ze čtyř světadílů. Bylo předneseno 44 ústních prezentací, v plakátové sekci bylo prezentováno 18 posterů, 9 z nich bylo představeno formou bleskové prezentace. Ústní příspěvky byly rozděleny do osmi sekcí. Českou republiku zastupovaly tři příspěvky autorů z VÚV TGM, v. v. i. (jedna přednáška (Očenášková), dvě plakátová sdělení (Tušil, Kvíčalová)).

Přednášky v sekci Monitoring informovaly o využití epidemiologického přístupu k monitorování spotřeby nezákonných látek. Bezesporu jednou z nejvýznamnějších byla prezentace Kevina Thomase. Informoval o výsledcích celoevropské studie, která probíhala v letech 2011 až 2015 celkem ve 42 evropských zemích. Z této studie jasně vyplývá, že je nanejvýš vhodné doplnit stávající metody zjišťování spotřeby drog analýzou odpadních vod [7]. Dalšími zajímavými příspěvky přinášejícími informace z mimoevropského prostředí byly prezentace Xiqing Li z Číny a Cobuse Gerbera z Jižní Austrálie. Jak v Číně, tak v Jižní Austrálii je převládající drogou metamfetamin. V Evropě dominuje metamfetamin jen v některých oblastech – severské země, část Německa (Sasko), Česká republika.

Odběry odpadní vody jsou realizovány většinou na přítoku na čistírnu. V sekci Transformace byly příspěvky zabývající se chováním jednotlivých látek při průtoku kanalizačním systémem. Například v příspěvku Ann­‑Kathrin McCall (Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology) bylo řešeno rozdílné chování jednotlivých látek v přítomnosti či nepřítomnosti biofilmu. Například benzoylekgonin (metabolit kokainu) a MDMA (extáze) se za určitých podmínek v přítomnosti biofilmu transformují. Tato transformace obecně může mít vliv na přesnost zpětného výpočtu spotřeby nezákonných drog.

Při zpětné kalkulaci je velmi důležitý korekční faktor, který vyjadřuje poměr molekulárních hmotností zvolené drogy a specifické látky (metabolitu nebo nezměněné drogy) násobený průměrnou procentuální metabolizací drogy na zvolený metabolit, popř. původní drogu, prochází­­‑li droga organismem částečně nezměněna. Emma Gracia­‑Lor z italského Instituto di Ricerche Farmacologiche „Mario Negri“ představila studii, na jejímž základě navrhuje upřesnění korekčních faktorů pro zpětný výpočet spotřeby drog. Pro porovnání spotřeby drog v jednotlivých lokalitách je velmi důležité používat stejný korekční faktor.

Rychle se vyvíjející přístrojová technika umožňuje analyzovat látky ve stále nižších koncentracích, s lepším rozlišením jednotlivých látek, přesnější identifikací. V sekcích Analytika/NPS (nové psychoaktivní substance), Enanciometrické profilování a Alkohol/festivaly/NPS byly zajímavé příspěvky z této oblasti.

Přednáška Wayna Halla z University of Qeensland, Centre for Youth Substance Abuse Research z Austrálie uvedla sekci, která se zabývala řešením etických a legálních problémů spojených s využitím monitoringu spotřeby drog prostřednictvím analýzy odpadních vod. Při využití tohoto postupu v malých lokalitách (zábavní centra, školy, vězeňská zařízení) je nutné prezentaci výsledků věnovat zvláštní pozornost, aby nedošlo např. k nevhodné interpretaci prostřednictvím médii.

Sledování způsobu užívání drog se věnovala ve své studii Lisa Benaglia (Ecole des Sciences Criminelles, University of Lausanne, Švýcarsko). V průběhu trvání týdenního hudebního festivalu byly odebírány vzorky tak, aby byly zachyceny rozdíly v aplikaci drog v průběhu jednoho festivalového dne i celého festivalu. Spotřeba kokainu, marihuany a metamfetaminu v průběhu celého festivalu mírně stoupala, ale byla stejná jako průměrná spotřeba ve Švýcarsku, spotřeba extáze (MDMA) a amfetaminu byla v průběhu festivalu několikanásobně vyšší. Během jednoho dne průběžně stoupala spotřeba extáze (MDMA), zatímco kokain byl pravděpodobně konzumován před začátkem festivalového dne.

Několik dalších přednášek bylo věnováno využití epidemiologického přístupu ke sledování konzumace alkoholu a nikotinu.

ocenaskova-2
Obr. 2. Spádové oblasti a odběrová místa na kanalizační síti města Brno
Fig. 2. Catchment areas and sampling places of Brno sewerage system

Novému směřování využití epidemiologického přístupu byla věnována poslední sekce Nové metody, další látky. Prostřednictvím sledování různých biomarkerů a specifických metabolitů v odpadních vodách je a bude možno sledovat zdravotní stav populace.

Konference byla velmi zajímavá a přínosná a je zřejmé, že epidemiologie odpadních vod se bude i nadále rozvíjet.

Další možnosti využití epidemiologického přístupu k analýze odpadních vod jasně definuje Kasprzyk­‑Hordern. Komunální odpadní vody obsahují komplexní směs chemických látek včetně humánních metabolitů – biomarkerů. Kvantitativní měření těchto specifických látek poskytne informaci např. o způsobu stravování, zdravotním stavu, výskytu chorob, spotřebě alkoholu, léčiv či expozici populace environmentálním a potravinovým kontaminantům [9].

Závěr

Projekt Stanovení množství nelegálních drog a jejich metabolitů v komunálních odpadních vodách – nástroj pro doplnění údajů o spotřebě drog v České republice splnil svůj účel a přinesl údaje o spotřebě nezákonných drog a dalších látek v 25 městech České republiky. Celkově v těchto městech žije více než třetina obyvatel Česka. Byla certifikována metodika, která je plně kompatibilní s postupy používanými v Evropě i v dalších mimoevropských lokalitách.

Modifikace metodiky pro malé lokality byla a je již využívána ve spolupráci s policií České republiky především v Moravskoslezském kraji. V některých školách v tomto kraji byly ve stejném časovém úseku provedeny dotazníkové akce, slinné testy na přítomnost drog a odběry a analýza příslušných odpadních vod. Ukázala se významná shoda mezi slinnými testy a rozbory odpadních vod. Epidemiologický přístup k analýze odpadních vod má velký potenciál a bylo by přínosné, kdyby tento přístup byl i nadále aplikován, rozvíjen a využíván jak ve VÚV TGM, v. v. i., tak v rámci České republiky.

Poděkování

Všechny odebrané vzorky byly zpracovány v Referenční laboratoři složek životního prostředí a odpadů VÚV TGM, v. v. i.

Projekt by nebylo možno realizovat bez úzké spolupráce s následujícími klíčovými institucemi a subjekty v oblasti vodovodů a kanalizací: Pražské vodovody a kanalizace, a. s., Vodárna Plzeň, Ostravské vodárny a kanalizace, a. s., Severočeské vodovody a kanalizace, a. s., Brněnské vodárny a kanalizace, a. s., VEOLIA Voda Česká republika, a. s., Severomoravské vodovody a kanalizace, a. s., CHEVAK Cheb, a. s., Moravská vodárenská, a. s., Severočeská vodárenská společnost, a. s., Vodárny a kanalizace Karlovy Vary, a. s., ČEVAK, a. s.

Posted by & filed under Aplikovaná ekologie.

Souhrn

V předloženém článku jsou shrnuty výsledky testování metody charakterizace užívání vody v systému posuzování životního cyklu v podmínkách České republiky. Zvolená metoda umožňuje robustní vyjádření užívání vody v ekvivalentních hodnotách referenčního systému. Metoda je postavena na potenciálu obnovitelnosti vodních zdrojů. Pro aplikaci metody v České republice byly odvozeny hodnoty charakterizačního faktoru pro jednotlivá hydrologická povodí III. řádu v České republice. Takto získané hodnoty byly porovnány s hodnotami spočítanými pro konkrétní profily Českého hydrometeorologického ústavu. Dále bylo provedeno stanovení vodní stopy pomocí testované metody procesu výroby elektrické energie ve vybraných elektrárnách a teplárnách ČR. Vzhledem k tomu, že zvolená metoda nepokrývá problematiku dopadů na lidské zdraví či ekosystémy, tak zjištěné hodnoty představují (pouze) „vodní stopu nedostatku vody procesu výroby elektrické a tepelné energie v elektrárnách a teplárnách“.

img_2337_uprava

Úvod

Vodní stopa je odborný výraz, který se ve vodohospodářské praxi začal objevovat od 90. let minulého století. Vodní stopa byla definována jako celkové množství vody, které je použito přímo či nepřímo pro produkci se zahrnutím množství spotřebované a znečištěné vody [1]. Tento koncept prošel určitou formou kritiky, která poukazovala na skutečnost, že takto definovaná vodní stopa nijak nevypovídá o dopadech, které užívání vody přináší. Komunita zabývající se posuzováním životního cyklu přišla s vlastním chápáním pojmu vodní stopy a Mezinárodní organizace pro standardizaci (ISO) vyvinula a vydala normu zařazující vodní stopu do kategorie posuzování životního cyklu [2]. V rámci inventarizace životního cyklu (LCI – Life Cycle Inventory) jsou shromážděny veškeré informace o vstupech a výstupech během celého životního cyklu posuzovaného produktového sytému. Ve vztahu k vodní stopě je to pak zjištění množství vody užité či spotřebované během životního cyklu. Následně je pak během fáze analýzy dopadů (LCIA – Life Cycle Impact Analyses) zjištěné množství použité či spotřebované vody převedeno pomocí tzv. charakterizačních faktorů na jednotky vyjadřující tzv. „midpointové“ kategorie dopadu [3]. Jedním z charakterizačních faktorů, který je běžně využíván pro charakterizaci „spotřeby vody“ je Water Stress Index (WSI) [4]. Existuje ovšem i řada dalších charakterizačních faktorů [5]. Koncept Water Stress Indexu je sice běžně zahrnut do nejrozšířenějších LCA databází, ale je mu vytýkáno [6], že se jedná o syntetický ukazatel stanovený na základě výsledků hydrologických modelů s problematickým fyzikálním vyjádřením, který nerozlišuje mezi zdroji vody (srážky, podzemní vody, povrchové vody).

ansorge-1
Obr. 1. Konceptuální diagram faktoru nedostupnosti vody vyjádřený pomocí potřebné plochy území (převzato se svolením autorů z: [7])
Fig. 1. Conceptual diagram of the water unavailability factor in terms of the required land area (reproduced with permission from: [7])
This figure is distributed under the Creative Commons Attribution License (CC BY 4.0).

V reakci na některé nedostatky Water Stress Indexu byla v roce 2015 publikovaná metoda [7], která je založena na posouzení obnovitelnosti vodních zdrojů v řešeném území. Na rozdíl od Water Stress Indexu (a jemu podobných charakterizačních metod) nevyužívá tato metoda pro konstrukci charakterizačního faktoru hodnotu užívání vod v řešeném území, takže nemohou nastat situace, kdy je užívání vody započítáno „dvakrát“ [6]. Mezi další výhody metody patří schopnost prostorové a časové diferenciace i rozlišení jednotlivých typů zdrojů.

Metodika

Popis testované metody

Myšlenka charakterizačního faktoru postaveného na obnovitelnosti vodních zdrojů vychází z předpokladu, že dopad užití jednotkového množství vody je nepřímo úměrný schopnosti zdroje toto množství dodat/nahradit. Prakticky jediným zdrojem vody jsou dešťové srážky. V povodí s nedostatkem vody/srážek musí být k dispozici větší plocha nebo delší čas k vytvoření požadovaného množství vody. Jinými slovy potenciální dopad může být vyjádřen jako plocha povodí nebo doba potřebná k získání jednotkového množství vody v každém zdroji. Charakterizační faktor je definován rovnicí 1.

ansorge-vzorec-1
kde fwuax,ljecharakterizační faktor „nedostupnosti vody“ pro zdroj x v místě l,
Ax,lmnožství vody v definovaném čase ve zdroji x v místě l,
Aref plocha potřebná k získání jednotkového množství vody v definovaném čase za referenčních podmínek,
Tx,lčas potřebný k získání jednotkového množství vody z definované plochy ve zdroji x v místě l,
Trefčas potřebný k získání jednotkového množství vody z definované plochy za referenčních podmínek.

       

Hodnoty Ax,lTx,l  jsou definovány rovnicemi 2 a 3.

ansorge-vzorec-2 ansorge-vzorec-3
kdeQA,refjereferenční množství vody na jednotku času [m3/rok],
QT,refreferenční množství vody na jednotku plochy [m3/m2],
Px,lroční schopnost vodního cyklu obnovit zdroj x v místě l [m/rok].

 

Referenční množství vody může mít libovolnou hodnotu. Autoři metody při stanovení referenční hodnoty [7] vychází z přibližného průměru celosvětových srážek na 1 m2 plochy zemského povrchu, který činí přibližně 1 000 mm. Tuto hodnotu používají pro vyjádření charakterizačního faktoru jak pro srážky, tak pro zdroje povrchových a podzemních vod s vysvětlením, že veškeré zdroje sladké vody pocházejí ze srážek. Globální průměrnou hodnotu srážek tak považují za vhodný ukazatel pro vážení obnovitelnosti vodních zdrojů (za obnovitelné zdroje nejsou v tomto smyslu považovány podzemní vody bez možnosti doplňování ze srážek, které se stejně v ČR nevyskytují). Výsledná vodní stopa, stanovená touto metodou, se vyjadřuje v m3 H2Oekv., což lze fyzikálně interpretovat jako množství referenčních srážek. V případě použití referenčních hodnot navržených autory metody pak jako množství průměrných srážek na Zemi.

Celkový odtok lze považovat za odpovídající přirozené schopnosti obnovy podzemních vod ze srážek. Celkový odtok se skládá z přímého a základního odtoku. Přímý odtok je tvořen ze srážek a základním odtokem se rozumí ta část celkového odtoku, která pochází z podzemních zdrojů. Množství přímého i základního odtoku je vymezeno hydrologickým cyklem a je možno jej považovat za teoretické maximální množství využitelné společností (poznámka: tento předpoklad zanedbává požadavek na zachování ekologických průtoků, ať již budou definovány jakkoliv; zároveň však není principiálně v rozporu s myšlenkou šedé vodní stopy [1]).

Tabulka 1. Ukázkový příklad výpočtu vodní stopy „nedostatku vody“ (převzato z: [7])
Table 1. Example of water scarcity footprint calculation (source: [7])
ansorge-tabulka-1

Při srážkách 1 000 mm/rok je třeba 1 m2 a doby 1 rok k dosažení referenční hodnoty 1 m3. Faktor nedostupnosti vodních zdrojů fwua = 1,0. Pro vysvětlení aplikace metody uvažujme povodí o ploše 1 km2 se srážkami 500 mm/rok, odtokem povrchových vod o velikosti 100 000 m3/rok a základním odtokem 50 000 m3/rok. V tomto povodí se srážkami 500 mm/rok je potřeba k dosažení referenčního objemu 1 m3 buďto plocha 2 m2 nebo doba 2 let. Charakterizační faktor srážek (precipitation – p) fwuap= 1000⁄500 = 2. Pokud odtoková výška z povodí činí 100 mm/rok (např. z povodí o ploše 1 km2 = 1 mil. m2 odteče za rok 100 000 m3), pak je charakterizační faktor odtoku povrchových vod (surface water – sw) fwuasw= 1000⁄100 = 10. Obdobně charakterizační faktor podzemních vod (ground water – gw) fwuagw= 1000⁄50 = 20.

Potenciální dopad užívání vody v povodí pak může být vypočítán pro jednotlivé zdroje vynásobením součtu užívání každého zdroje jeho charakterizačním faktorem podle rovnice 4.

ansorge-vzorec-4
kde fwuaxl jecharakterizační faktor „nedostupnosti vody“ pro zdroj x v místě l,
WSFvodní stopa nedostatku vody (water scarcity footprint) založená na potenciálním dopadu [m3 H2Oekv.],
WIx,lvýsledek inventarizační analýzy užívání vody vycházející ze spotřeby vody ve zdroji x v místě l [m3].

Pokud v popisovaném povodí je pro nějaký produkt, službu, instituci či proces spotřebováno 2,0 m3 dešťových srážek, 1,5 m3 povrchových vod a 0,5 m3 podzemních vod, je vodní stopa „nedostatku vody“ 44,0 m3 H2Oekv. (viz obr. 1tabulku 1).

Hodnoty charakterizačního faktoru pro povodí III. řádu

Hodnotu charakterizačního faktoru fwuasw lze snadno získat z dat poskytovaných Českým hydrometeorologickým ústavem podle rovnice 5. V případě studií LCA však často dochází k situaci, kdy v rámci posuzovaného životního cyklu je využíváno velké množství různých zdrojů vody a získání potřebných dat od ČHMÚ by bylo časově a finančně značně náročné. Proto byl otestován i modelový přístup, kdy pro výpočet charakterizačního faktoru fwuasw byly použity hydrologické charakteristiky povodí 3. řádu odvozené pomocí modelu BILAN. Podrobný postup stanovení hydrologických charakteristik uvádí článek z roku 2015 [8]. Základní charakteristiky vypočítané modelem BILAN a použité pro zpracování charakterizačního faktoru jsou údaje o srážkách a celkovém odtoku vztažené k příslušnému dílčímu povodí 3. řádu. Pro tyto charakteristiky byly spočítány hodnoty charakterizačního faktoru fwuapfwuasw (tabulka 2). Za referenční hodnoty pro stanovení charakterizačních faktorů byla použita hodnota srážek 1 000 mm/rok na plochu 1 m2, tj. stejné hodnoty jako používají autoři testované metodiky [7]. Volba těchto referenčních podmínek umožní přímá srovnání s jinými studiemi využívajícími stejné „globální“ referenční podmínky.

Tabulka 2. Charakterizační faktor „nedostupnosti vody“ (fwua) pro povodí 3. řádu a referenční podmínky fwuaref = 1,0
Table 2. Factor of water unavilibility (fwua) for watershed 3rd order and reference fwuaref = 1.0
ansorge-tabulka-2

Pro řešení větších povodí, skládajících se z několika hydrologických povodí 3. řádu, se vypočítá hodnota průměrného charakterizačního faktoru celého povodí fw͞u͞a͞sw podle rovnice 6. Pro porovnání dosažených výsledků bylo vybráno 34 profilů s uveřejněnými hydrologickými údaji [9]. Z dostupných údajů ČHMÚ pak byla stanovena hodnota charakterizačního faktoru fwuasw-CHMU podle rovnice 5 a porovnána s vypočítaným charakterizačním faktorem fw͞u͞a͞sw v případě složených povodí nebo fwuasw.

ansorge-vzorec-5
kde fwuasw-CHMU jeprůměrný charakterizační faktor „nedostupnosti vody“ stanovený na základě údajů ČHMÚ,
QAprůměrný průtok stanicí ČHMÚ [m3/s],
Aplocha povodí [km2].

   

                                         

       ansorge-vzorec-6          

kdefw͞u͞a͞swjeprůměrný charakterizační faktor „nedostupnosti vody“ povrchových vod,
fwuaswcharakterizační faktor „nedostupnosti vody“ povrchových vod v povodí l,
Qlroční odtok z povodí l [m3],
Plroční odtoková výška z povodí l [m],
Llplocha povodí l [m2],
Prefroční srážky v referenčních podmínkách [m/rok].

                                              

Výběr energetických provozů

Testování metody v podmínkách České republiky proběhlo na údajích o operativní spotřebě vody ve vybraných energetických provozech České republiky. Pro každý energetický provoz byla analýzou povolení podle zákona č. 76/2002 Sb. (o integrované prevenci a omezování znečištění) identifikována dotčená povodí III. řádu, která tvoří povodí energetického provozu (viz tabulku 3). Pro každé povodí energetického provozu, které je tvořeno dvěma a více povodími III. řádu, pak byla stanovena „průměrná“ hodnota charakterizačního faktoru fw͞u͞a͞sw podle rovnice 6.

Tabulka 3. Vodní stopa energetických provozů (pouze proces generování energie v provozu bez upstream a downstream procesu)
Table 3. Water scarcity footprint of Energy units (only power generation proces without downstream and upstream processes)
ansorge-tabulka-3

Pro vyhodnocení vodní stopy energetických provozů byly použity údaje o výrobě elektrické energie a tepla ve vybraných energetických provozech, pro které byly k dispozici údaje o spotřebě vody na výrobu elektrické energie a tepla za období 2004–2013 (viz tabulku 3). Podrobná informace o způsobu zpracování dat je obsažena v článku z roku 2016 [10].

Výsledky

V první části řešení byly porovnány hodnoty spočtených charakterizačních faktorů pro hydrologická povodí 3. řádu s hodnotami spočtenými přímo z dat pro konkrétní profily ČHMÚ. Jak vyplývá z tabulky 4, tak u 16 ze 35 profilů (46 %) byly rozdíly mezi stanovenými charakterizačními faktory do ±10 %. U dalších osmi profilů (23 %) se rozdíl hodnot faktorů pohybuje mezi ±10 % až ±15 %. Bohužel, ve čtyřech případech (11 %) je rozdíl vyšší než 25 %.

Cílem tohoto článku však není testování výsledků hydrologického modelu, ale popis možností aplikace charakterizačního faktoru v rámci LCA studií. Nezbývá proto než upozornit budoucí zpracovatele studií LCA, že použití modelových výstupů v rámci komplexních hodnocení typu LCA je v obecné rovině možné (a někdy dokonce nezbytné), ale vždy je třeba provádět verifikaci a validaci jak používaných dat, tak dosažených výsledků. Pravděpodobné vysvětlení vysokých rozdílů u některých povodí je v nejistotách s užíváním vod, neboť modelované hodnoty odpovídají „přirozenému“ stavu, zatímco hodnoty ČHMÚ vycházejí z měřených hodnot, a tudíž jsou ovlivněny současným užíváním vod.

Druhá část řešení se zabývala stanovením vodní stopy samotného procesu produkce energie ve vybraných energetických provozech (viz tabulku 3). Potvrdily se očekávané výsledky, že vodní stopa energetických provozů s průtočným chlazením je obecně nižší než vodní stopa provozů s recirkulačním chlazením. Situace u obou jaderných elektráren pak již naznačuje smysl LCA. Ačkoliv je specifická spotřeba obou jaderných elektráren podobná (1,979, resp. 2,079), tak dopad výroby elektrické energie v obou elektrárnách je již výrazně odlišný (7,48, resp. 11,74 m3 H2Oekv./MWh). Zjednodušeně lze prohlásit, že na proces výroby 1 MWh energie v elektrárně Dukovany je potřeba 11,74 m3 referenčního množství vody, které bylo stanoveno jako „průměrné celosvětové srážky“, zatímco v elektrárně Temelín pouze 7,48 m3.

Tabulka 4. Porovnání hodnot charakterizačních faktorů pro profily ČHMÚ a stanovených z hydrologických charakteristik profilů a z hydrologických charakteristik povodí III. řádu
Table 4. Comparison of values of characterisation factor of Czech Hydromet. Institute profiles computed from characteristics of profiles and characteristics of catchment
ansorge-tabulka-4

Je to dáno tím, že jaderná elektrárna Dukovany leží na méně vodném toku s menším povodím a nižší odtokovou výškou. Proto, ačkoliv její specifická spotřeba vody na výrobu 1 MWh energie činí jen 105 % specifické potřeby jaderné elektrárny Temelín, tak vodní stopa procesu produkce 1 MWh elektrické a tepelné energie je o 57,0 % vyšší než vodní stopa procesu produkce elektrické a tepelné energie v jaderné elektrárně Temelín. Je třeba si ale uvědomit, že tyto poměrové ukazatele platí pouze pro samotný dílčí proces výroby elektrické a tepelné energie v energetickém provozu. Vzhledem k tomu, že v rámci testování metody nebyla stanovena vodní stopa ostatních procesů v rámci životního cyklu (těžba primárních surovin, jejich úprava, doprava, nakládání s vyhořelým palivem, distribuce vyrobené energie atd.), nelze tyto stanovené poměry vztahovat k celému životnímu cyklu obou elektráren.

Vodní stopa testovaných provozů se pak odvíjí od množství produkované energie a je vyjádřena v m3 H2Oekv./rok. Takto získaná hodnota pak laicky řečeno představuje množství „průměrných celosvětových srážek“, které jsou „spotřebovány“ v energetickém provozu za rok. Je třeba upozornit, že se jedná pouze o jednu dílčí část vodní stopy, která je vztažena pouze k samotnému procesu výroby energie v elektrárně/teplárně, tj. není to hodnota vodní stopy celého životního cyklu produkce elektrické a teplené energie v těchto provozech.

Diskuse

Testovaná metoda se ukázala jako snadno použitelná. Pro lokální studie LCA je možné jako referenční množství použít průměrné srážky v České republice namísto „globálních“ srážek. Použití průměrných srážek v České republice lze doporučit zejména pro aplikace s kratším časovým krokem, tj. např. pro řešení po měsících, kdy je možno jako referenční uvažovat reálné měsíční srážky, zatímco v případě „globálních“ srážek lze použít 1/12 z ročních globálních srážek.

Autoři metody také předpokládají, že veškerá voda je dostupná pro užití, což samozřejmě je pouze teoretický předpoklad. V reálných podmínkách není možno využít ani veškeré srážky, ani veškerý odtok z povodí. Z pohledu aplikačního využití není zásadní problém např. u povrchového odtoku odečíst „minimální zůstatkový průtok“ či jinak definovaný „ekologický průtok“. V případě podzemních vod a srážek však tato konstrukce již není tak jednoznačná. Navíc se tímto rozšířením ztrácí určitá elegance navrženého konceptu a nezávislost konceptu na subjektivním rozhodování, neboť rozhodnutí o tom, co „se bude odečítat“, je subjektivní rozhodnutí řešitele studie.

Z principu metody vyplývá, že metoda není úplně vhodná pro některé aplikace například typu rozhodování o dopadech na dostupnost lokálních vodních zdrojů v různých lokalitách. Neboť výsledky charakterizačního modelu mají jen nepřímou vazbu na skutečnou dostupnost vody v místě posuzování.

V prezentovaných údajích nejsou také zahrnuty ztráty vody výparem z nádrží, které jsou součástí vodního hospodářství jednotlivých elektráren. V případě jaderné elektrárny Temelín představuje ztráta výparem z nádrže Hněvkovice přibližně 7 % rozdílu mezi odběrem a vypouštěním pro jadernou elektrárnu Temelín. V případě jaderné elektrárny Dukovany tvoří výpar z VD Dalešice-Mohelno dokonce okolo 14 %. Dále nejsou v této testovací aplikaci uvažována rozdílná místa odběrů a vypouštění, které mohou hrát při aplikaci metody značnou roli, např. elektrárna Temelín odebírá vodu z povodí 1-06-03, ale vypouští odpadní vody do povodí 1-07-05, korektní výpočet vodní stopy by měl veškeré odběry pro elektrárnu Temelín v povodí 1-06-03 uvažovat jako ztráty a naopak vypouštění v povodí 1-07-05 jako zisk vody s rozdílnými hodnotami charakterizačního faktoru.

Závěr

Charakterizační model postavený na obnovitelnosti vodních zdrojů se ukázal jako snadno použitelný nástroj umožňující použít jak data získaná měřením (či z nich odvozená), tak výsledky matematických modelů. Pro usnadnění aplikace metody v praxi byla připravena tabulka charakterizačních faktorů srážek a celkového odtoku pro jednotlivá povodí III. řádu. Testování ukázalo, že v případě vstupních dat z matematických modelů je důležitá validace a verifikace použitých dat, protože pro některá povodí jsou výsledky zatíženy chybou přesahující ±10–15 %. Konkrétní aplikace na 32 vybraných elektrárnách a teplárnách ukázala, že vodní stopa ve smyslu posuzování životního cyklu je nižší v provozech s průtočným chlazením oproti provozům s cirkulačním chlazením.

Testovaná metoda neřeší míru současného užívání vodních zdrojů a předpokládá, že veškerý odtok je dostupný uživatelům. Testovaná metoda také nijak neřeší problematiku degradace vod, vliv na ekosystémy a člověka. Pro tato posuzování životního cyklu je třeba použít jiné charakterizační metody. Výsledky zjištěné pomocí testované metody je možno označit pouze za vodní stopu nedostatku vody (Water scarcity footprint).

Poděkování

Článek vznikl v rámci projektu QJ1520322 Postupy sestavení a ověření vodní stopy v souladu s mezinárodními standardy řešeného s finanční podporou Ministerstva zemědělství v rámci Programu zemědělského aplikovaného výzkumu a experimentálního vývoje Komplexní udržitelné systémy v zemědělství 2012–2018 „KUS“. Charakteristiky povodí III. řádu spočítané modelem BILAN vznikly v rámci projektu Strategie ochrany před negativními dopady povodní a erozními jevy přírodě blízkými opatřeními v České republice, který je spolufinancován Evropskou unií – Evropským fondem pro regionální rozvoj, Státním fondem životního prostředí ČR a Ministerstvem životního prostředí ČR v rámci Operačního programu Životní prostředí. Údaje o operativní spotřebě vody v tepelných elektrárnách a teplárnách byla připravena v rámci projektu TD020113 Dopady socio­ekonomických změn ve společnosti na spotřebu vody řešeného s finanční podporou Technologické agentury České republiky.

Posted by & filed under Hydraulika, hydrologie a hydrogeologie, Aplikovaná ekologie.

Souhrn

Říční dřevo je významnou součástí vodních toků, ve kterých ovlivňuje hydraulické, morfologické i biologické vlastnosti. Pro potřeby správy vodních toků a omezení povodňových rizik je důležité znát faktory, které zvyšují stabilitu dřeva a brání jeho odplavení při zvýšených průtocích. Na základě analýzy vlastností 160 kusů říčního dřeva v korytě Moravy v CHKO Litovelské Pomoraví byly zjištěny charakteristiky významné pro stabilitu říčního dřeva v této oblasti. Analýza byla provedena logistickým regresním modelem a jako statisticky významné identifikovala následující charakteristiky: délka kmene, výška uložení vůči běžné hladině, míra zazemnění, přítomnost kořenů a rozlišení, zda jde o kmen živý či odumřelý. Aplikací modelu na konkrétní kus lze vypočítat modelovanou pravděpodobnost stability. Pokud je z důvodů zachování přirozeného stavu koryta požadováno ponechání stabilních kusů říčního dřeva, měly by být tyto charakteristiky respektovány. Modelované pravděpodobnosti korelovaly se subjektivním odhadem stability s koeficientem determinace R2 = 0,57.

chalupska%e2%95%a0u_slat%e2%95%a0i_s%e2%95%a0iumava_1_uprava

Úvod

Termínem říční dřevo označujeme stromy a jejich části, které se přirozenými způsoby nebo činností člověka dostaly do koryta vodního toku a vstupují zde do interakce s vodním proudem [1]. Říční dřevo ovlivňuje hydraulické podmínky v korytě, formuje jeho tvar a vytváří pestrou nabídku stanovišť pro vodní organismy [2]. Dřevo je dynamickou složkou říčních krajin. Vstupuje do koryta různými přísunovými mechanismy, mění svou polohu, je unášeno povodněmi a znovu zachycováno v jiných úsecích koryta. V průběhu času může zcela podlehnout rozkladu, může být vyplaveno do nivy nebo být pohřbeno v říčních náplavech. Pohyblivosti říčního dřeva při povodních je věnována pozornost mimo jiné z důvodu údržby vodních toků a prevence povodňových rizik.

Z minulých desetiletí existuje řada výzkumných prací, které se mobilitou říčního dřeva zabývají. Deskriptivní přístupy vycházejí z popisu množství a charakteru dřeva na lokalitě, tvaru a výskytu akumulací naplaveného dřeva i stabilních kusů v jejich základech [3–5]. Experimentální studie značeného dřeva v terénu umožnily posouzení vlivu konkrétních průtoků v definovaných časových úsecích. Značené kusy mohly být dohledány a byly zkoumány parametry ovlivňující jejich transport [6–12]. Teorie o vlastnostech mobilizace, transportu a zachytávání idealizovaných modelů říčního dřeva byly ověřovány experimentálně v hydraulických laboratořích i v terénu [13–15]. V posledních letech jsou sestavovány matematické modely popisující dynamiku dřeva v rámci dlouhých úseků toků nebo povodí. Časté jsou také zcela praktické studie zabývající se náchylností inženýrských staveb k zachytávání vodou unášeného plovoucího materiálu [16–18].

Výzkumy provedené v minulosti ukázaly, že kromě průtokových charakteristik vodního toku je stabilita říčního dřeva ovlivňována především jeho rozměry relativně k šířce a hloubce koryta. Stabilitu také významně zvyšují zachovalé kořeny, kořenový bal a větve. Poloha kmene v korytě a jeho orientace vůči proudění jsou též významné parametry, které navíc souvisejí se stabilizačními mechanismy břehové vegetace a stabilitou rozměrných akumulací říčního dřeva. Ačkoliv jsou uvedené poznatky obecně platné, každá lokalita je specifická svými přírodními podmínkami, které je třeba pro praktický management říčního dřeva zohlednit.

V této studii je popsána identifikace parametrů, které jsou významné pro stabilitu říčního dřeva v meandrujícím korytě v podmínkách tvrdého luhu střední Evropy. Tato práce vychází z předpokladu, že analýzou stávajícího říčního dřeva lze v určitém typu přírodního území poměrně snadno určit parametry, které jsou v daném prostředí pro stabilitu dřeva rozhodující. Pokud dokážeme rozlišit mezi dřevem, které se korytem v minulosti pohybovalo, a kusy říčního dřeva, které se vyskytují na původním místě svého přísunu do koryta, můžeme si udělat představu o charakteru dřeva, které je v daném území stabilní. Dílčí studovanou otázkou též byla shoda mezi subjektivním odhadem stability a pravděpodobností stability vypočítané na základě analýzy říčního dřeva.

Metody

Lokalita

Terénní výzkum proběhl na řece Moravě u Litovle na lokalitě zvané Vrapač (49.7140° N, 17.0340° E). Řeka Morava je zde tokem sedmého řádu podle Strahlera s průměrnou šířkou koryta 28 metrů a plochou povodí 2 144 km2. Pro blízký profil v Moravičanech udává Český hydrometeorologický ústav průměrný průtok 17,1 m3.s-1. Dno řeky je převážně štěrkové, břehy tvoří vrstvy povodňových hlín silné přes dva metry. Povrch říční nivy se nachází v nadmořské výšce kolem 230 m n. m. Neupravené koryto Moravy u Vrapače prodělává již desítky let zrychlený geomorfologický vývoj, který je následkem zvýšení spádu na kontaktu s regulovaným korytem nad Litovlí. Dnešní sklon koryta v úseku Vrapače je v průměru 2,4 ‰. To je více než na zbytku Moravy mezi jezem Řimice a Litovlí, jehož sklon je v rozmezí 0,6–0,9 ‰. Kromě postupného zahlubování se zvýšení spádu projevuje výraznou boční erozí a rozmeandrováním koryta v úseku dlouhém téměř 1 kilometr. Průvodním jevem rychlého ústupu břehů v nárazových obloucích meandrů je postupné sesouvání stromů z břehového porostu do koryta. Lokalita je charakteristická bohatým přísunem místní (autochtonní) dřevní hmoty i akumulací říčního dřeva splaveného z výše položených úseků toku. Druhová struktura říčního dřeva odpovídá tvrdému luhu, kterým je řeka obklopena. Převládá v něm jasan, dub, javor a lípa. Z nižších partií nivy se do řeky dostávají části vrb a výjimečně topolů. Ze vzdálenějších částí povodí jsou splavovány též části olšových kmenů a ojediněle zbytky jehličnanů. Většina říčního dřeva na lokalitě má přirozený původ (vývraty, zlomy). Na lokalitě byla v roce 2003 provedena stabilizace říčního dřeva v podobě ukotvení 70 vzrostlých stromů ocelovými lany [19]. Po roce 2010 však počet zachovalých kotvených kmenů klesl na minimum a neovlivňoval nijak významně akumulaci naplaveného dřeva nebo stabilitu okolních nekotvených kmenů. Několik zbývajících kotvených kmenů, které se na lokalitě vyskytovaly v roce 2014, nebylo do evidence říčního dřeva zahrnuto.

Popis říčního dřeva

Pokud nás zajímají vlastnosti říčního dřeva, které je v podmínkách dané lokality stabilní, lze to zjistit analýzou stávajícího dřeva na lokalitě, pokud dokážeme u jednotlivých kusů určit, zda se v korytě pohybují, nebo zůstávají po dlouhou dobu na místě. S jistou mírou zjednodušení můžeme autochtonní říční dřevo v této studii považovat za kusy stabilní přinejmenším za období několika posledních let. Naopak naplavené dřevo by mělo být charakterizováno vlastnostmi, které jsou typické pro nestabilní kusy běžně unášené povodněmi. Tato studie proto považuje kategorie autochtonní/naplavený za analogické pro stabilní/nestabilní říční dřevo. V dalším textu tyto termíny používám s vědomím této analogie.

Tabulka 1. Přehled charakteristik použitých pro popis říčního dřeva a jejich hodnoty
Table 1. List of the characteristics used to describe the woody debris and their values
kozeny-tabulka-1-s-legendou

Popis říčního dřeva probíhal na zmíněné lokalitě v říjnu 2014. Na úseku dlouhém přibližně 700 metrů, zahrnujícím čtyři meandrové oblouky, bylo popsáno vyskytující se říční dřevo od délky dvou metrů a průměru 10 cm. Dřevo bylo popisováno v celém rozsahu koryta, tedy až po okraj břehové hrany. Popis proběhl v období nízkých průtoků, kdy bylo koryto z více než 95 % broditelné. Pro každý jednotlivý kus říčního dřeva byly zaznamenány charakteristiky velikosti, tvaru a stupně rozkladu. Dále byla zaznamenána poloha v korytě, poloha vůči ostatním kusům říčního dřeva a orientace vůči směru proudění. Před statistickou analýzou byl rozsah tříd kategoriálních proměnných agregován, abychom získali třídy s dostatečnými četnostmi pozorování. Přehled popisných charakteristik je uveden v tabulce 1.

U každého kusu bylo rovněž posouzeno, zda jde o kus naplavený, nebo uložený v místě svého vzniku (tzv. autochtonní). Určení bylo provedeno pomocí vzhledu kmene (např. způsob a vyšší míra abraze u naplavených kusů) a jeho pozice (např. výskyt v akumulaci zjevně naplaveného dřeva, na štěrkových lavicích mimo potenciální místa přísunu, při březích bez stromové vegetace atd.) nebo na základě stop v terénu (např. bezprostředně související břehová nátrž). Identifikaci autochtonních kmenů usnadňovala skutečnost, že u meandrujících toků je hlavním přísunovým mechanismem břehová eroze [1]. Příklady říčního dřeva vyskytujícího se na lokalitě přibližuje obr. 1. Mezi naplavené byly zařazeny kmeny, které se posunuly alespoň o 25 metrů od pravděpodobného místa přísunu do koryta. Rozlišení na autochtonní a naplavené říční dřevo bylo provedeno bez ohledu na čas, který uplynul od přemístění naplaveného kusu nebo přísunu autochtonního kusu ze břehu. To znamená, že jako naplavený byl označen i kmen, který se přesunul při jedné povodňové epizodě v minulosti a v nové pozici již zůstal po řadu let.

kozeny-1
Obr. 1. Příklady říčního dřeva v řece Moravě na lokalitě Vrapač v CHKO Litovelské Pomoraví; A–C: naplavené kusy, D–F: autochtonní kusy
Fig. 1. Examples of wood in Morava River at the Vrapač locality, Litovelské Pomoraví PLA; A–C: allochthonous pieces, D–F: autochthonous pieces

Poslední zaznamenávanou charakteristikou byl subjektivní odhad stability popisovaného kusu, tedy odolnost vůči odplavení při povodních. Hlediskem pro posouzení byly informace z literatury a víceletá zkušenost autora s dynamikou říčního dřeva na lokalitě. Tato charakteristika souvisí do značné míry s popisovanými vlastnostmi říčního dřeva, ale jejich souhrnné hodnocení pro daný kus bylo rychlým subjektivním odhadem. Analýza tohoto odhadu probíhala proto odděleně od ostatních, objektivně hodnocených charakteristik. Subjektivní odhad stability napodobuje terénní odhad, který by na základě místní zkušenosti mohl provádět například pracovník pověřený správou vodního toku.

Statistická analýza terénních dat

Analýza dat spočívala v určení nezávislých popisných charakteristik, které jsou významné pro rozlišení mezi autochtonními a naplavenými kusy říčního dřeva (proměnná AUTOCH). Vzhledem k povaze získaných dat, kdy závislá proměnná nabývá pouze dvou hodnot (autochtonní/naplavený, resp. stabilní/nestabilní), byla pro statistickou analýzu zvolena logistická regrese. Logistický regresní model popisuje pravděpodobnost P zkoumaného jevu za podmínek daných hodnotami nezávislých proměnných x. Vyjadřujeme jej rovnicí:

kozeny-vzorec-1
kdePjepravděpodobnost, že nastane zkoumaný jev,
xvyjadřuje hodnoty nezávislých proměnných,
β0 a βikoeficienty regresního modelu.

Ekvivalentně lze tento model vyjádřit rovnicí:

kozeny-vzorec-2

Protože hodnoty koeficientů β jsou výsledkem logistického regresního modelu, můžeme po dosazení hodnot proměnných x vypočítat pravděpodobnost P, s jakou nastane zkoumaný jev [20].

Výběr vhodných proměnných a tvorba logistického regresního modelu probíhala v několika krocích. V první fázi byla závislá proměnná AUTOCH modelována vždy jen pomocí jedné z popisných charakteristik. Výsledek tohoto tzv. univariantního modelu naznačil, které z popisných charakteristik jsou významné pro zařazení kusu mezi autochtonní či naplavené říční dřevo. Zároveň byly zhodnoceny případné závislosti mezi popisnými charakteristikami pomocí grafů, korelační matice a hodnot VIF (variance inflation factor). Do další analýzy byly zařazeny pouze charakteristiky, které univariantní model určil jako významné pro stabilitu říčního dřeva a zároveň tyto proměnné nebyly v korelaci. Z výběru významných a vzájemně nekorelujících popisných charakteristik byl sestaven logistický regresní model. Abychom získali menší skupinu popisných charakteristik se silnou závislostí ke stabilitě, postupně byly z modelu vylučovány proměnné s nejnižší hodnotou významnosti (p – hodnota). Do výsledného modelu pak byl zařazen výběr nezávislých proměnných s očekávaným silným vlivem na určení stability kmene. Finální model byl ověřen pomocí analýzy reziduí.

kozeny-2
Obr. 2. Popisné charakteristiky říčního dřeva pro kusy naplavené (N) a autochtonní (A); krabicový diagram znázorňuje medián, 1–3 kvartil (krabička), maxima a minima (vousy), odlehlé hodnoty jsou zobrazeny kolečky; pro kategoriální proměnné jsou šířky sloupců úměrné počtu hodnot
Fig. 2. Descriptive characteristics of wood for pieces of driftwood (N) and autochthonous (A) wood pieces; the box and whisker plot shows the median, 1st–3rd quartile (box), maximum and minimum values (whisker), outliers are displayed as circles; for discrete variables the width of columns is proportional to the number of values

Subjektivně hodnocená stabilita byla analyzována odděleně od ostatních proměnných, tedy pouze v univariantním modelu. Dále byla porovnána s výsledky logistického regresního modelu a stanovena míra korelace subjektivního hodnocení a pravděpodobností počítaných modelem. Statistická analýza byla provedena v programu R [21].

Výsledky

Na lokalitě bylo popsáno celkem 160 kusů říčního dřeva o délce od 2 do 32 metrů. Toto množství představovalo objem 134,31 m3 na ploše přibližně 1,96 ha. Mezi autochtonní kmeny bylo zařazeno 96 kusů, naplavených kusů bylo 64. Jen 13 případů tvořily živé nebo dožívající stromy, ostatní říční dřevo tvořily odumřelé kusy. Rovných 100 kmenů mělo zachovalé kořeny. Přibližně dvě třetiny říčního dřeva se vyskytovaly v akumulacích, tedy ve vzájemném kontaktu s alespoň dvěma dalšími kmeny. U většiny kusů lze předpokládat poměrně dobrou mechanickou pevnost, protože většina říčního dřeva spadala do kategorie kmenů sice již bez kůry, ale dosud s pevným dřevem. Hodnoty četností a průměrné hodnoty pro jednotlivé sledované parametry jsou uvedeny v tabulce 1. Minima a maxima spojitých proměnných lze dále odečíst z grafů na obr. 2.

kozeny-3
Obr. 3. Modelované pravděpodobnosti stability pro odumřelý kus říčního dřeva v třídě rozkladu 0–3; grafy znázorňují různé kombinace délky, výšky uložení, zazemnění a přítomnosti kořenů
Fig. 3. The stability model for a deadwood piece in the decay class 0–3; the graphs show various combinations of length, log elevation, burial and presence of roots

Tabulka 2 uvádí výsledek univariantního testování významnosti jednotlivých proměnných pro určení kategorie autochtonní/naplavený kus. Statistická významnost byla jednotlivě prokázána u všech proměnných, kromě stupně rozkladu, kde analýza jen těsně nedosáhla 5% hladiny statistické významnosti. Vztahy mezi popisnými charakteristikami a proměnnou AUTOCH jsou zobrazeny v grafech na obr. 2. Autochtonní kusy říčního dřeva se vyznačovaly výrazně větší délkou doprovázenou mírně vyšším průměrem kmene. Byly obvykle uloženy v úrovni hladiny nebo pod ní, tedy níže než kmeny naplavené. Střední míra zazemnění se u autochtonních kmenů pohybovala okolo 20 %, kdežto u kmenů naplavených byl kontakt s materiálem dna nebo břehů výjimkou. Mezi autochtonními kmeny byl vyšší podíl živých stromů se zachovalou korunou a kořenovým systémem. I když se asi dvě třetiny z celkového počtu kusů říčního dřeva vyskytovaly v akumulacích, autochtonní kmeny se nacházely dvakrát častěji samostatně než kmeny naplavené. Téměř 60 % autochtonních kmenů se nacházelo v poloze blízké směru proudění se špičkou směřující po proudu. Mezi naplavenými kmeny se tato vlastnost vyskytovala jen asi v 20 % případů. Naprostá většina říčního dřeva se sice vyskytovala v rozsahu vymezeném šíří hladiny za běžných průtoků, pokud se ale nějaké kusy vyskytovaly na břehu, byly to častěji kusy naplavené. Naplavené kusy také častěji než autochtonní spadaly do vyšších tříd stupně rozkladu, ačkoliv převážná většina kusů bylo dřevo mechanicky pevné. Subjektivně byla stabilita většiny naplavených kusů hodnocena známkami 1–3, kdežto mezi autochtonními kmeny převažovaly třídy 6–9, tedy velmi stabilní poloha. Statistická významnost této závislosti byla zároveň jedna z nejvyšších ve srovnání s ostatními charakteristikami.

Tabulka 2. Statistická významnost závislosti proměnné AUTOCH na popisných charakteristikách v postupných krocích statistické analýzy a regresní koeficienty výsledného modelu (hladiny významnosti p – hodnoty: [***] p < 0,001; [**] 0,001 < p < 0,01; [*] 0,01 < p < 0,05; [nesig.] p > 0,05)
Table 2. Statistical significance of the AUTOCH variable on the descriptive characteristics in the sequential steps of statistical analysis and the regression coefficients of the resulting model (significance levels of p – value: [***] p < 0.001; [**] 0.001 < p < 0.01; [*] 0.01 < p < 0.05; [nesig.] p > 0.05)
kozeny-tabulka-2

I když byly popisné charakteristiky zaznamenávány jako nezávislé proměnné, je zřejmé, že některé proměnné spolu mohly korelovat. Korelační matice ukázala významnější korelaci mezi proměnnými NAD_HL a ZAZEM (Pearsonův korelační koeficient = – 0,48) a mezi proměnnými DELKA a PRUMER (0,5). U ostatních spojitých proměnných byl korelační koeficient nižší než 0,2. Proměnná PRUMER nebyla nakonec do výsledného modelu zařazena. Druhým přístupem k odhalení korelací mezi popisnými charakteristikami byl výpočet hodnoty VIF (variance inflation factor). Ve všech případech nedosahoval hodnoty 3, což je obecně považováno za výsledek, který nesvědčí o významné korelaci mezi proměnnými.

Popisné charakteristiky byly dále testovány logistickým regresním modelem. Jak je vidět z přehledu v tabulce 2, statisticky významnou popisnou charakteristikou byla délka kmene, míra zazemnění, stupeň rozkladu a přítomnost kořenů. Těsně za hranicí 5% statistické významnosti byl vyhodnocen průměr kmene. Abychom snížili počet proměnných v modelu a omezili je na statisticky významné závislosti, upravili jsme model postupným odebíráním proměnných s nejnižší statistickou významností. Zároveň byl do modelu vložen prvek interakce mezi proměnnými NAD_HL a ROZKLAD2tr, která byla zjištěna při kontrole závislostí mezi proměnnými. Interakce je jev, kdy se vlivem jedné proměnné mění směrnice modelovaného vztahu u jiné proměnné. V našem případě to konkrétně znamenalo, že mechanicky odolné kmeny z tříd rozkladu 0–3 byly častěji hodnoceny jako autochtonní, pokud se nacházely pod hladinou. Pro částečně zetlelé dřevo v třídách rozkladu 3,5–5 byla závislost opačná – autochtonní kmeny byly uloženy výše nad hladinou než naplavené kusy. V kategorii rozkladu 3,5–5 se nacházelo jen 18 kmenů, tedy 11 % celkového počtu. Logické vysvětlení interakce může vycházet z podmínek na lokalitě. Naplavené dřevo je v korytě téměř vždy uloženo v akumulacích, které jsou za běžných průtoků nad hladinou. Naopak většina autochtonních kmenů se vyskytuje ve vodě v úrovni hladiny nebo pod ní. Toto dřevo zároveň spadá nejčastěji do třídy rozkladu 0–3, protože ponořené dřevo se jen pomalu rozkládá. Naplavené dřevo v akumulacích dobře vysychá, což opět brání rychlému rozkladu. Jiná je situace na březích. Autochtonní i naplavené dřevo zde může ležet v různé výši nad hladinou a zároveň je uloženo ve vlhku, což napomáhá rozkladu. Za vznikem popsané interakce tedy mohou stát vlastnosti říčního dřeva uloženého na březích, kde není rozdíl ve výškovém uložení mezi autochtonními a naplavenými kusy a zároveň jsou všechny zde uložené kmeny náchylnější k rozkladu.

kozeny-4
Obr. 4. Korelace subjektivního odhadu stability a modelované pravděpodobnosti stability kusů říčního dřeva
Fig. 4. Correlation of the subjective estimate of stability and modelled probabilities of wood piece stability

Do výsledného modelu popisujícího vliv popisných charakteristik na určení kmene jako autochtonní či naplavený byly zahrnuty proměnné NAD_HL, ZAZEM, ZIVY, KORENY, DELKA, ROZKLAD2tr a zmíněná interakce NAD_HL: ROZKLAD2tr. Koeficienty β a statistickou významnost jednotlivých parametrů modelu zobrazuje tabulka 2. Pomocí vykreslení různých typů reziduí proti nezávislým proměnným a odhadnutým hodnotám byla ověřena platnost modelu. V žádném z případů nedocházelo k výraznému odklonu od nuly. Jak bylo popsáno výše, autochtonní kmeny můžeme považovat za stabilní říční dřevo, naplavené kmeny jsou naopak nestabilní pohyblivou složkou říčního dřeva. Koeficienty β a skutečné hodnoty proměnných x pro jednotlivé kusy říčního dřeva jsme dosadili do rovnice modelu (2) a získali tak pravděpodobnost stability pro každý jednotlivý kus říčního dřeva na lokalitě. V 91 % případů se vypočtená pravděpodobnost stability shodovala s označením kmene za autochtonní kus. Modelovaná stabilita představuje hodnotu pravděpodobnosti, s jakou bude kmen stabilní v podmínkách průtoků, které se na lokalitě vyskytly v období předcházejícím terénnímu sběru dat.

Výsledný model logistické regrese umožňuje výpočet pravděpodobnosti odplavení pro kus říčního dřeva s konkrétními parametry. Například kmen o délce 15 metrů uložený v úrovni hladiny zůstane na svém místě s pravděpodobností 41 %. Pokud bude mít navíc zachovalé kořeny, stoupne tato pravděpodobnost na 78 %. Bude­­‑li navíc v kontaktu se sedimentem na 20 procentech svého povrchu, výsledná pravděpodobnost stability stoupne na 91 %. To je pravděpodobnost odplavení kusu říčního dřeva s mediánovými vlastnostmi typického stabilního kmene. Oproti tomu běžný nestabilní kmen o délce šest metrů, bez kořenů, volně uložený ve výšce 0,5 m nad hladinou zůstane při povodni na původní pozici jen s pravděpodobností 3,4 %. Uvedené pravděpodobnosti platí pro odumřelé kmeny ve třídě rozkladu 0–3. Pro částečně zetlelé kmeny ve třídě rozkladu 3,5–5 by se výsledná pravděpodobnost vlivem interakce NAD_HL:ROZKLAD2tr zvýšila na 17 % u krátkého nestabilního kusu, zatímco u dlouhého kmene s kořeny by zůstala téměř stejná (93 %). Pro odumřelé říční dřevo ve třídě rozkladu 0–3 jsou pravděpodobnosti stability pro různé kombinace délky, přítomnosti kořenů, uložení nad hladinou a míry zazemnění vyneseny v grafech na obr. 3.

Vypočtené pravděpodobnosti jsme dále použili pro korelaci mezi modelovanou pravděpodobností a subjektivním určením stability v proměnné STAB_SUBJ. Modelované hodnoty korelovaly se subjektivním odhadem s koeficientem determinace R2 = 0,57 (obr. 4).

kozeny-5
Obr. 5. Průtok na měřicí stanici Morava­‑Moravičany v období let 2004–2014 (zdroj dat: ČHMÚ)
Fig. 5. Discharge at the Morava­‑Moravičany gauging station in the period 2004–2014 (source of data: Czech hydrometeorological institute)

Diskuse

Metoda pro výpočet stability říčního dřeva použitá v této studii je poměrně netradiční. Většina prací, které se zabývaly terénním výzkumem dynamiky říčního dřeva, pracovala s daty o mobilitě dřeva zjištěné rozdílem v dohledání značených kusů před a po povodni [9, 10, 22–25]. Tyto výsledky jsou sice interpretačně jednoznačné, ale jejich získání je obtížné: dřevo je potřeba nejprve označit a po povodni dohledat. To je časově náročné a naráží to na řadu problémů – po povodni se daří dohledat jen část značených kmenů, což platí i pro kmeny, které zůstaly na místě. To může významně zkreslovat výsledky. Tento problém byl v nedávných letech řešen pomocí sofistikovaných způsobů značení RFID čipy [26], nebo dokonce pomocí vysílaček se zabudovaným GPS přijímačem [12]. Použití takových metod je však stále pracné a neúměrně drahé. Hodí se spíše pro základní výzkum obecných zákonitostí pohybu dřeva při zvýšených vodních stavech. Tyto „přímé metody“ navíc vypovídají o mobilitě dřeva při jedné konkrétní povodňové události, jejíž zobecnění je obtížné. Získání dat z přímých metod je limitováno délkou trvání výzkumných projektů. Pokud nemají výzkumníci výjimečné štěstí, zachytí se svým vzorkem značeného dřeva jen běžnou povodeň odpovídající časovému úseku výzkumu. Oproti tomu zde popsaná metoda je založena na jednorázovém popisu dřeva vyskytujícího se na lokalitě. Obejde se bez značení i zpětného dohledávání dřeva po povodni. Integruje vliv povodní za delší časové období. Jak dlouhý tento časový úsek může být, závisí zejména na rychlosti zániku říčního dřeva na lokalitě. Pokud se v minulosti vyskytla významná povodňová událost, je možné naplavené dřevo analyzovat po dobu jeho životnosti. V podmínkách této studie odhadujeme tuto dobu nejméně na pět let, ale velmi pravděpodobně se setkáváme se dřevem starším, zvláště mezi autochtonními kusy. Na obr. 5 je hydrogram blízkého profilu Morava­‑Moravičany, který je reprezentativní pro Moravu na počátku CHKO Litovelské Pomoraví. V období pěti let před provedením výzkumu prošlo lokalitou několik přibližně jednoletých a jedna pětiletá povodeň. V celém desetiletí, které graf zobrazuje, se vyskytla největší povodeň v roce 2006 s dobou opakování 10–20 let [27]. Úvahy o tom, jestli říční dřevo v roce 2014 mohlo vypovídat ještě o povodni z roku 2006, jsou reálné. Jak bylo popsáno výše, kotvené kmeny, které se na lokalitě vyskytovaly od roku 2003, se do dnešní doby prakticky rozpadly a podobný osud mohl stihnout i zbytky kmenů naplavených do vyšších partií koryta při povodni roku 2006. Na druhou stranu řada zahraničních prací z mírného klimatického pásu uvádí dobu zdržení dřeva v korytě v desítkách let [4, 28]. Podobně Máčka aj. [29] byli schopni v roce 2009 rozpoznat naplavené a autochtonní říční dřevo v akumulacích z povodní 2002 a 2006.

Popsanou metodu je možné uplatnit pouze na homogenním úseku řeky po stránce přísunu říčního dřeva. Jestliže porovnáváme naplavené dřevo s autochtonním, měla by existovat alespoň hypotetická možnost naplavení kmenů stejných rozměrů, jako je autochtonní dřevo. V podmínkách lokality byl možný přísun vzrostlých stromů z úseku 500 metrů neupraveného koryta k mostu Mladeč­‑Nové Zámky a dále z asi 2,5 km dlouhého úseku částečně upraveného koryta až k jezu Řimice. V břehových porostech se vyskytuje podobný vzrostlý porost jako na Vrapači, i když intenzita břehové eroze je díky stabilizaci břehů nižší. V charakteristikách polohy hodnotí metoda vlastnosti naplaveného dřeva „po naplavení“. V tom se odlišuje od metod přímého sledování, kdy je hodnocena poloha kusu před odplavením. Lze ale předpokládat, že většina naplaveného dřeva patřila mezi naplavené dřevo i výše v povodí a uvolnila se z podobných pozic, jaké byly popisovány na zkoumané lokalitě. Při hodnocení významu délky kmene není uvažována možná fragmentace během povodně. Takto vzniklé krátké kusy by měly nižší pravděpodobnost stability než kmen původní. Přesto byl tento vliv zanedbán, zejména proto, že k hodnocení možnosti fragmentace jednotlivých kusů nebyly získány žádné údaje. Lze předpokládat, že k rozlámání dochází častěji u říčního dřeva ve vyšším stupni rozkladu. Na lokalitě však převládalo dřevo nezetlelé, což byl druhý důvod, proč nebyla možnost fragmentace zohledněna.

Podobný přístup při hodnocení akumulací dřeva použili Máčka aj. [29] v NP Podyjí. Naplavené kusy dřeva se vyznačovaly statisticky významnou kratší délkou a menším průměrem než kmeny autochtonní. Oproti autochtonním kusům postrádaly naplavené kusy kořeny i větve. Abbe a Montgomery [5] popsali stabilní tzv. klíčové kusy akumulací pomocí jejich délky a průměru báze kmene. Na základě těchto dvou parametrů byly stabilní kusy dobře odlišitelné od naplaveného říčního dřeva. Délka stabilních kusů byla obvykle větší než polovina šířky koryta. Průměr báze těchto kmenů byl obvykle větší než polovina hloubky koryta.

Význam rozměrů kmene pro stabilitu byl již popsán v mnoha studiích z terénu i hydraulických laboratoří [6, 10, 13]. Při zobecnění je délka kmene obvykle uváděna relativně vzhledem k šířce koryta. Kmeny s hodnotou blízko 1 a delší jsou považovány za velmi stabilní. V tomto se naše výsledky shodují, neboť nejdelší popsané kmeny s délkami 25–30 metrů s vysokou pravděpodobností stability se shodují délkou s šíří koryta, která je v průměru 28 m. Oproti výsledkům mnoha jiných studií nebyla zjištěna příliš významná závislost stability na průměru kmene. Je to patrně způsobeno tím, že hloubka vody na lokalitě během zvýšených průtoků přesahuje průměr nejsilnějších vyskytujících se kusů. Silnější závislost by mohla být prokázána, pokud by byly měřeny tloušťky bází kmenů nebo nejlépe průměr kořenového systému [5]. Rovněž míra zazemnění a přítomnost kořenů jsou obecně známé znaky podporující stabilitu kmene [5, 10, 11]. Obě charakteristiky jsou součástí finálního modelu. Oproti tomu přítomnost koruny (silných větví) a paralelní orientace s proudem byly statisticky významné pouze jednotlivě, ale nikoliv v logistickém regresním modelu v „konkurenci“ ostatních charakteristik.

Uložení naplavených kusů v akumulaci říčního dřeva bylo charakteristické pro rozlišení mezi autochtonními a naplavenými kusy, ale statisticky významné pouze v univariantním modelu. Tato vlastnost vychází z povahy naplaveného dřeva, které se při povodni hromadně zachytává na překážkách [3]. Tento vztah nelze jednoduše interpretovat obráceně jako závislost, tedy že dřevo uložené uvnitř akumulací je náchylnější k odplavení. Stabilita akumulace jako celku je závislá na tzv. klíčových kusech, rozměrných kmenech, které leží v jejím základu [5]. Ostatní součásti akumulace, zejména tzv. volné kusy, se mohou při zvýšených vodních stavech snadno mobilizovat. Stabilita jednotlivých prvků akumulace se tedy může značně lišit, i když akumulace samotná je stabilní po řadu let. Rozlišení jednotlivých kusů říčního dřeva mezi funkční prvky akumulací však nebylo v této studii provedeno.

Jako novinka mezi identifikovanými vlastnostmi ovlivňujícími stabilitu kmene se jeví význam úrovně uložení kmene vůči běžné hladině. Interpretace je zřejmá. Kmeny vyskytující se po většinu roku pod hladinou jsou nasáklé vodou, jejich specifická hustota je vyšší než hustota vody, což významně snižuje náchylnost k odplavení. Oproti tomu dřevo naplavené na vrcholech akumulací či štěrkových lavic snadno vysychá a zvyšuje tak pravděpodobnost dalšího odplavení. Hustota dřeva je běžně uvažována při modelování pohybu jednotlivých kusů, obvykle v kombinaci s průměrem kmene [13]. Kombinace těchto hodnot se používá k stanovení tzv. kritické hloubky, při které dochází k odplavení volných kusů dřeva. Tento vztah sice dobře funguje v mělkých a sklonitých tocích nižších řádů [10], v hlubokých meandrujících korytech se však uplatňují i jiné mechanismy stabilizace [30]. Zvýšení specifické hustoty dřeva zde působí jako pozitivní zpětná vazba.

Podobným způsobem jako v této studii použili pro analýzu pohyblivosti říčního dřeva logistický regresní model např. Van der Nat aj. [8] na řece Tagliamento v Itálii, Wohl a Goode [10] na horských potocích v Coloradu a Merten aj. [11] na tocích v okolí Hořejšího jezera v USA. Proměnné finálních modelů se liší podle metodik těchto prací a popisovaných charakteristik říčního dřeva. Van der Nat aj. [8] popsali modelem stabilitu dřevních akumulací v závislosti na velikosti povodně, velikosti akumulace a její poloze. Model Wohl a Goode [10] zahrnoval statisticky významné parametry: délka kmene, průměr kmene a typ uložení (napříč přes koryto, volný, podél břehu). Merten a kol. [11] vyhodnotil v modelu sedm významných faktorů, mezi které patřila délka kmene, zazemnění a přítomnost kořenů. Podobně jako v této studii použil upravený vzorec logistické regrese pro vykreslení křivek pravděpodobnosti stability pro daný parametr.

Modelované hodnoty pravděpodobnosti samozřejmě nemohou být přijímány s nekritickou důvěrou. Každý model platí pouze v podmínkách dat, ze kterých byl vytvořen. I když připustíme, že přírodní podmínky na lokalitě Vrapač jsou reprezentativní pro hlavní koryto Moravy v Litovelském Pomoraví, modelované hodnoty by měly být použity spíše pro demonstraci relativního významu jednotlivých popisných charakteristik. Takový příklad může mít význam při vzdělávání pracovníků pověřených údržbou koryta. Z tohoto pohledu je zajímavý vztah znázorněný na obr. 4. Poměrně dobrá míra korelace mezi subjektivně určenou stabilitou říčního dřeva a jejích modelovaných hodnot navozuje myšlenku, že by k základnímu odhadu stability stačilo kvalifikované posouzení pracovníka s místní znalostí.

Závěr

Metodou terénního popisu říčního dřeva byly získány charakteristiky typické pro stabilní (autochtonní) kmeny a nestabilní (naplavené) říční dřevo. Jak vyplynulo z univariantního testování jednotlivých proměnných, stabilitu říčního dřeva ovlivňuje řada charakteristik rozměrů, tvaru, mechanických vlastností a uložení dřeva v korytě. Pomocí logistického regresního modelu byly jako charakteristiky nejvýznamnější pro stabilitu určeny: délka kmene, výška uložení vůči běžné hladině, míra zazemnění, přítomnost kořenů a zda jde o kmen živý či odumřelý. Pokud je z důvodů zachování přirozeného stavu koryta požadováno ponechání stabilních kusů říčního dřeva, měly by být tyto charakteristiky respektovány. Podobně lze využít analogii se stabilními kmeny při instalaci záměrně vkládaného dřeva do koryt vodních toků. Konečně modelované pravděpodobnosti stability mohou sloužit k lepšímu poznání dynamiky říčního dřeva na konkrétní lokalitě a získání citu pro terénní odhad stability říčního dřeva.

Poděkování

Děkuji pracovníkům Správy CHKO Litovelské Pomoraví, zejména paní Olze Žerníčkové za vstřícnost při zajištění terénního výzkumu a Janě Timkové z firmy DataTalk za pomoc se statistickou analýzou.

Posted by & filed under Hydraulika, hydrologie a hydrogeologie.

Souhrn

Cílem projektu QJ1520268 Nové postupy optimalizace systémů integrované ochrany území v kontextu jejich ekonomické udržitelnosti, který je řešen na pracovišti brněnské pobočky VÚV TGM, v. v. i., je vytvoření návrhu systému optimalizace hospodaření s vodními i půdními zdroji v dlouhodobém horizontu, včetně jejich bilancování v systému půda­‑rostlina­‑atmosféra. Současně řešení sleduje omezení dopadů klimatických změn na zemědělské ekosystémy, což je v současnosti velmi aktuální problém. Pro posouzení vlivů konkrétních změn v povodí Husího potoka byl vytvořen srážko­‑odtokový (S­‑O) model v programu HEC­‑HMS, který bude nadále sloužit pro další posuzování reálných návrhů ochranných opatření v ploše povodí i modelových scénářů využití krajiny. Příspěvek se věnuje popisu vytvoření S­‑O modelu, který bude dále použit pro posuzování funkčnosti návrhů protierozních a protipovodňových opatření. Prozatím byly testovány tři různé scénáře pokryvu – stávající stav využití území, návrh plošných ochranných opatření na zemědělské půdě a zatravnění všech ploch vedených v kategorii orná půda.

sne%e2%95%a0iz%e2%95%a0ika_2

Úvod

Cílem řešeného projektu je na pilotním území navrhnout komplexní integrovanou ochranu území a řízení vodního režimu se zaměřením na organizaci území a optimální orientaci vývoje zemědělského a lesního hospodaření. Pilotní území – povodí Husího potoka – bylo pro návrh vybráno zejména na základě posouzení povodňového nebezpečí z přívalových srážek, které charakterizují zejména specifické fyzicko­‑geografické podmínky, pedohydrologické vlastnosti a způsoby užívání území [1]. Vybrané povodí bylo také postiženo katastrofální povodňovou událostí v červnu 2009. Ve městě Fulnek, nacházejícím se ve středu povodí přímo na Husím potoce, se škody způsobené povodněmi vyšplhaly na částku 297 mil. Kč, v obci Hladké Životice dosáhly škody 17 mil. Kč. Což dohromady představovalo téměř 10 % z celkových škod vzniklých při události v Moravskoslezském kraji [2]. V povodí se nachází lokality mimořádně silně ohrožované nebezpečnými odtoky z přívalových srážek, které vedou k četným povodňovým situacím, doprovázeným intenzivní vodní erozí a transportem splavenin.

V následujících kapitolách je popsáno vytvoření S­‑O modelu v programu HEC­‑HMS (Hydrology Engineering center – Hydrologic modeling system) [3] vyvinutý v US Army Corps of Engineers pro posouzení vlivů konkrétních změn v povodí Husího potoka a možnosti vyhodnocení jejich vlivu na odtokové stavy z povodí. Model byl sestaven pro povodí, kde byla pro kalibraci využita povodňová situace z května 2010 a pro verifikaci posloužila povodňová situace z července 1997. Na vytvořených verifikovaných modelech byly následně provedeny simulace dvou příznivých scénářů využití území. Při prvním scénáři byla na jednotlivých plochách orné půdy navržena plošná ochranná protierozní opatření (organizační a agrotechnická opatření). Druhý scénář počítal se zatravněním všech orných ploch v povodí.

Materiály a metoda vytvoření hydrologického modelu

Jediný monitorovaný měrný profil kategorie B (vedený na hlásné a předpovědní povodňové službě ČHMÚ pod číslem 266, databankové číslo stanice 2511) se záznamem průtoku v hodinovém kroku z požadovaných období výskytu událostí v povodí Husího potoka se nachází na Husím potoce (ř. km 10,36) před vtokem levostranného přítoku Gručovky ve městě Fulnek a je provozován ČHMÚ. Proto bylo pro prvotní srážko­‑odtokový (S­‑O) model uvažováno povodí pro závěrový profil ve městě Fulnek, které zaujímá plochu 58,97 km2, což je zhruba 41 % celého povodí Husího potoka.

uhrova-1
Obr. 1. Schematizace pro HEC­‑HMS
Fig. 1. Schematization to HEC­‑HMS

Prvním nezbytným krokem pro vytvoření S­‑O modelu je schematizace povodí, tj. rozdělení na dílčí povodí, z nichž každé má své specifické vlastnosti. Hlavním vstupem pro schematizaci i stanovení základních vstupních parametrů byl digitální model terénu 4. generace (DMT 4G), získaný od ČÚZK, který zobrazuje upravený zemský povrch v digitálním tvaru ve formě výšek diskrétních bodů v pravidelné síti (5 x 5 m) bodů s úplnou střední chybou výšky 0,3 m v odkrytém terénu a 1 m v zalesněném terénu. Tato 4. generace DMT byla vytvořena metodou leteckého laserového skenování, které proběhlo v letech 2009 až 2013. Schematizace byla vytvořena v prostředí GIS za pomoci nástroje HEC­‑GeoHMS [3], který byl využit ke zpracování DMT, určení rozvodnic a říční sítě, určení finální podoby členění povodí a říční sítě. Zároveň byl použit i pro výpočet některých fyzicko­‑geografických charakteristik povodí soutokových uzlů a k nim se vztahujících dílčích úseků vodních toků, které tvoří vstupní parametry S­‑O modelu a jsou uvedeny v tabulce 1. Řešené území bylo rozděleno na 19 dílčích povodí s plochou v rozmezí zhruba 0,15–11 km2 (obr. 1).

Tabulka 1. Vstupní parametry do modelu – charakteristiky dílčích povodí
Table 1. Input parameters for the model – characteristics of subbasins and reaches
uhrova-tabulka-1

Do programu HEC­‑HMS vstupuje schematizované povodí, tj. úseky a jejich charakteristiky (délky, průměrné sklony, rozměry, drsnosti) a k nim zavěšené plochy a jejich charakteristiky (plocha, sklon aj.) podle zvolených výpočtových metod. Rozměry a drsnosti úseků toků byly stanoveny velice podrobně na základě terénních měření, která proběhla v létě tohoto roku. V rámci těchto měření byly šetřeny jednotlivé typově rozdílné úseky toků tak, aby byly v každém stanoveném úseku zaměřeny a zmapovány nejméně dva prizmatické úseky. Došlo tak k vytvoření podrobné databáze informací o stavu toků v povodí Husího potoka a stanovení vypovídajících charakteristik pro každý úsek. Pro výpočet jednotlivých komponentů odtoků je v HEC­‑HMS na výběr několik metod. Pro naše podmínky byla pro výpočet zvolena metoda SCS CN, a tedy dalšími definovanými parametry plochy dílčích povodí byly průměrné hodnoty čísla odtokových křivek (CN – Curve Number), čas koncentrace Tc, podíl nepropustných ploch a počáteční ztráty.

Většina vstupních ukazatelů byla stanovena v prostředí GIS za pomoci nástrojů Geo­‑HMS a Spatial Analyst. Pracovní postup stanovení čísel CN v prostředí GIS spočívá v sestrojení vektorové vrstvy kombinující vrstvu HSP a vrstvu využití území. Jednotlivým vzniklým kombinacím HSP a využití území byly přiřazeny konkrétní hodnoty čísla CN čerpané z metodického postupu Ochrana zemědělské půdy před erozí [4]. Hodnoty CN reprezentují vlastnosti povodí – půdní poměry, využití území (tabulka 2) a předchozí vláhové podmínky. Důležitým faktorem z hlediska tvorby odtoku a tedy i retence povodí je také nasycenost povodí před povodňovou událostí. Předchozí vlhkosti půdy určované na základě pětidenního úhrnu předcházejících srážek, resp. indexu předchozích srážek (IPS) na IPS II.

Tabulka 2. Podíl kultur při současném využití krajinného pokryvu v povodí
Table 2. Actual land use in the basin
uhrova-tabulka-2

Volba metody transformace přímého odtoku je klíčovou součástí metodického postupu, neboť přímo určuje tvar vlny, a tím i velikost kulminačního průtoku. V této práci byl využit jednotkový hydrogram podle Clarka (Clark unit hydrograph). S ohledem na stanovenou metodu výpočtu SCS CN byl čas koncentrace Tc vypočítán podle vzorce SCS (Soil Conservation service) (rovnice 2), vycházející z TLAG (rovnice 1), což je časový posun v hodinách mezi výskytem maxima příčinné srážky a výskytem kulminačního průtoku v počítaném závěrovém profilu [5].

uhrova-vzorec-1
kdeLjedélka údolnice [m],
Apotencionální retence povodí vyjádřená pomocí CN křivek [mm] (rovnice 3),
Yprůměrný sklon povodí [%].

 

uhrova-vzorec-2 uhrova-vzorec-3

Pro výpočet podzemního odtoku byla využita recesní metoda (recession) a odtok v korytě byl stanoven s využitím metody Muskingum­‑Cunge. Metoda je založena na aproximaci kombinace rovnice kontinuity a difuzní formy momentové rovnice [6] a podrobněji je popsána např. [7].

Základem odtoku velkých vod, potažmo přirozené retence povodí jsou srážky, které jsou do modelu zadávány ve formě časové řady (hyetogramu). Pro stanovení charakteristik využitých příčinných dešťů (tabulka 3) bylo využito dat pozemních srážkoměrných stanic Mošnov a Vítkov provozovaných ČHMÚ.

Pro kalibraci byla použita časová řada srážek ze stanice Mošnov a průtoků v profilu Fulnek v období 27. května 2010 (12:00)–29. května 2010 (23:00) a pro verifikaci pak událost, která proběhla v období 6. července 1997 (0:00)–9. července 1997 (23:00), zde byla použita časová řada srážek ze stanice Vítkov. V obou případech byly dosazeny hodnoty v hodinovém kroku.

Tyto dva příčinné deště byly vybrány z několika řad měřených dat, které byly z důvodu řady nekvalit či nepoužitelnosti současně s daty odtokovými, jako základní vstupní data, vyloučeny. Rozpory mezi odtokovými daty a daty ze srážkoměrných stanic (zejména nepromítnutí srážek do odtoku či naopak) jsou způsobeny zejména velkou vzdáleností srážkoměrných stanic od měrného profilu Fulnek. Stanice Vítkov se nachází ve vzdálenosti zhruba 12,74 km a stanice Mošnov (na Mezinárodním letišti Leoše Janáčka) ve vzdálenosti 14,73 km vzdušnou čarou.

Pro posouzení shody modelovaného a měřeného hydrogramu v závěrovém profilu S­-O modelu bylo použito Nash­‑Suttcliffe kritérium E [8] (rovnice 4), které je pravděpodobně nejpoužívanějším kritériem při hodnocení hydrologických modelů.

uhrova-vzorec-4
kdeQOBijepozorovaný průtok pro daný časový krok [m3/s],
QSIMisimulovaný průtok pro daný časový krok [m3/s],
ǬOBprůměrný pozorovaný průtok pro celou časovou řadu [m3/s].

Pokud platí kritérium shody E = 1, jedná se o absolutní shodu. Když je E ≥ 0,5, jedná se o uspokojivou shodu, a pokud je E < 0,5 (může nabývat hodnot až do -∞), pak jde o neuspokojivou shodu a simulovaný hydrogram není dostatečně kvalitní.

Na verifikovaných modelech byly následně provedeny simulace dvou příznivých scénářů využití území, které byly reprezentovány především změnou parametrů CN. První scénář spočíval v návrhu tzv. organizačních a agrotechnických opatření na zemědělsky využívané půdě, návrh byl proveden se zaměřením na ochranu půdy před projevy vodní eroze (obr. 2). Z celkové plochy 34,7 km2 orné půdy bylo navrženo na cca 35,4 % plošné ochranné opatření. Vyloučení pěstování erozně nebezpečných plodin je navrženo na 17,2 % orné půdy, tedy že půda bude osázena úzkořádkovými plodinami dostatečně kryjící povrch půdy v období výskytu přívalových srážek. A dále byla navržena agrotechnická opatření na cca 13,3 % orné půdy s ponecháváním posklizňových zbytků, s předpokladem dobrých hydrologických podmínek. K trvalému zatravnění je navrženo 4,9 % orné půdy. Druhý scénář spočíval v zatravnění veškeré orné půdy, cca 46,1 % plochy povodí.

Tabulka 3. Charakteristiky využitých příčinných dešťů
Table 3. Characteristics of casual rain
uhrova-tabulka-3

Dosažené výsledky a diskuse

Cílem hydrologického modelování je vytvořit takový srážko­‑odtokový model, který by se co nejvíce blížil skutečnému chování povodí, tedy skutečným měřeným průtokům. Toho lze dosáhnout optimalizací vhodných parametrů popisujících systém právě při procesu kalibrace a ověřením kalibrovaného modelu v procesu verifikace.

Kalibrace modelu

Pro kalibraci byla použita časová řada srážek ze stanice Mošnov a průtoků v profilu Fulnek z května 2010 s hodinovým krokem s dosaženým kulminačním průtokem 5,1 m3/s.

V rámci ruční kalibrace byly kalibrovány tyto parametry:

  • počáteční ztráta (Initial abstraction) [mm],
  • číslo CN (Curve number) [–],
  • zásobní koeficient (storage coefficient) [h],
  • čas koncentrace (time of concentration) [h],
  • recesní konstanta (recession constant) [–],
  • konstanta ratio to peak [–].

Po kalibraci byla provedena automatická optimalizace s maximálním počtem iterací 100 pro zpřesnění kalibrovaných hodnot. Kalibrované hodnoty byly optimalizací zpřesněny, změny těchto parametrů se pohybovaly v průměru řádově v jednotkách %, pro čísla CN byl vyhodnocen index změny roven jedné, tedy beze změny.

uhrova-2

 

Obr. 2. Variantní návrh plošných protierozních opatření v povodí Husího potoka (VENP – vyloučení erozně nebezpečných plodin, AGT – agrotechnická opatření, TTP – trvalý travní porost)
Fig. 2. Variant designing of erosion control measures in “Husí potok“ basin (VENP – exclusion of dangerous erosion crops, AGT – agro­‑technical measures, TTP – permanent grassland)

Po kalibraci modelu (obr. 3) na použitou událost z roku 2010 byla vypočítaná hodnota Nash­‑Suttcliffe kritéria shody E = 0,904, přičemž vypočítaný kulminační průtok dosáhl hodnoty 5,5 m3/s a objem povodně byl oproti skutečnému naměřenému stavu o 1,4 % vyšší. Po optimalizaci kalibrovaných parametrů byla hodnota kritéria E = 0,933, přičemž kulminační průtok dosáhl hodnoty 5,6 m3/s a objem povodně byl oproti skutečné o 0,9 % nižší. Z dosažených výsledků bylo možné kalibraci tedy považovat za uspokojivou a vhodnou pro následnou verifikaci modelu.

Verifikace modelu

Verifikace je ověření správnosti kalibrace na jiné povodňové události. Pro verifikaci byly použity srážky z července 1997 s hodinovým krokem. V tomto období nastala dlouhodobá kulminace (více než jednodenní) s maximálním kulminačním průtokem 44,1 m3/s (obr. 6). Jedná se o velmi významnou povodňovou událost, kdy byl překročen stoletý průtok, který v profilu Fulnek činí 39,8 m3/s [9].

uhrova-3
Obr. 3. Kalibrace S­‑O modelu
Fig. 3. Calibration of precipitation­‑runoff model (blue – precipitation, red – observed, green – simulated)

Pouhým pohledem by se mohlo zdát, že shoda hydrogramů byla velmi malá (obr. 4), avšak hodnotící kritérium dosáhlo hodnoty E = 0,854, což je přijatelné. Odlišný tvar hydrogramů může být způsoben zejména tím, že srážkoměrná stanice Mošnov, ze které byly použity srážky, se nachází mimo povodí Husího potoka ve vzdálenosti téměř 15 km od měrného profilu ve Fulneku. Nepřesnost může způsobit také zvolená metoda SCS, tato rozkolísanost bude v budoucnu podrobena analýze. I přes vyšší vypočítaný kulminační průtok (54,0 m3/s) oproti skutečně naměřenému o zhruba 17 % je vypočítaný objem povodně pouze o 0,2 % nižší. Objem povodně je pro naše stanovení zásadní kritérium. Proto byla i verifikace považována za přijatelnou a tento model, zejména jeho hodnoty kalibračních koeficientů a kalibrovaných parametrů, se stane při následném modelování vstupem pro simulování vlivu stávajících i navrhovaných ochranných opatření v povodí.

Výsledky simulovaných scénářů krajinného pokryvu

Na verifikovaných modelech byly následně provedeny simulace dvou příznivých scénářů využití území, které byly aplikovány do obou namodelovaných událostí (květen 2010 a červenec 1997). Pro další analýzy byla vybrána událost z července 1997, kde byl význam krajinného pokryvu na odtokové charakteristiky výraznější podle rozdílů zaznamenaných v kulminaci i objemu povodně (obr. 5).

uhrova-4
Obr. 4. Verifikace S­‑O modelu
Fig. 4. Verification of precipitation­‑runoff model (blue – precipitation, red – observed, green – simulated)

Prvním simulovaným scénářem byl návrh plošných ochranných opatření (vyloučení erozně nebezpečných plodin, použití agrotechnologických postupů a návrh na částečné trvalé zatravnění) (obr. 2). Návrhem došlo ke snížení hodnot CN v dílčích povodích v průměru o 0,6 % (maximálně o 3,7 %), což mělo za následek pouze nepatrné snížení kulminačního průtoku i objemu povodně. Maximální kulminační průtok byl oproti simulovanému snížen z hodnoty 54,0 m3/s na 53,2 m3/s. Došlo tedy k jeho snížení o 1,5 %. Objem povodně by v případě aplikace návrhů PEO v povodí v uvažovaném rozsahu byl snížen o 1,7 % z hodnoty 8 660 700 m3 na 8 516 900 m3, přičemž objem skutečné měřené povodně činil 8 529 300 m3.

Druhým simulovaným scénářem byl návrh trvalého zatravnění na všech plochách orné půdy. Aplikací došlo k výraznějšímu snížení hodnot CN v dílčích povodích, v průměru o 4,2 % (maximálně o 12,6 %). Při tomto scénáři došlo již k patrnějšímu snížení maximálního kulminačního průtoku i objemu povodňové vlny. Maximální kulminační průtok byl oproti simulovanému snížen z hodnoty 54,0 m3/s na 49,8 m3/s, tedy došlo ke snížení o 7,8 %. Objem povodně by byl v případě aplikace ochrany ploch orné půdy formou zatravnění snížen o 8,7 % z hodnoty 8 660 700 m3 na 7 906 000 m3.

uhrova-5
Obr. 5. Porovnání hydrogramů odtoku v závěrovém profilu při variantním využití území pro srážkovou událost z července 1997
Fig. 5. Comparison of hydrographs in the outfall with two variants in land use (precipitation July 1997) (blue – simulated, yellow – agrotechnical and organizational erosion control measures, green – grassland on all agricultural soil)

Závěr

Velkým problémem u takto malých povodí, jako je povodí Husího potoka, je častá absence podrobného měření proběhlých srážko­‑odtokových událostí, což je částečně případ i povodí Husího potoka. V povodí se sice nachází měrný profil se záznamem průtoků ve městě Fulnek, chybí však měření průtoků tokem těsně před jeho zaústěním do Odry a srážkoměrná stanice s dlouhodobým záznamem dat umístěná přímo v povodí. Až v rámci řešení projektu QJ1520268 byl v povodí Husího potoka rozšířen monitorovací a informační systém (MIS) o 4 nevyhřívané srážkoměry a 4 hladinoměry pro získání dat přímo z povodí. S ohledem na měrný profil byl vytvořen hydrologický model v programu HEC­‑HMS jen pro část povodí Husího potoka nad profilem, na kterém byly vyhodnoceny dvě srážko­‑odtokové epizody v různých časových obdobích (z července 1997 a května 2010). Popsanou kalibrací a verifikací byl vytvořen prvotní odhad kalibračních veličin, které budou dále zpřesňovány. Budou následovat práce, jejichž cílem bude další zpřesňování modelu, zaměřené zejména na větší podrobnost schematizace. Při jemnější schematizaci dojde ke zpřesnění vstupních charakteristik dílčích povodí i úseků toků. Poté bude provedena nová kalibrace a verifikace, kde bude pravděpodobně zakomponována událost z června 2009, která je svým úhrnem a charakterem více podobná události z května 2010, na kterou byl model kalibrován. Tím by mělo dojít ještě ke zpřesnění jak vstupních, tak i kalibrovaných charakteristik a tento model se poté stane výchozím modelem pro celé povodí Husího potoka.

Na vytvořeném prvotním modelu byly dále simulovány scénáře změn krajinného pokryvu formou návrhu plošných ochranných opatření proti vodní erozi půdy na orné půdě (agrotechnická a organizační opatření a návrh TTP) pro zjištění vlivu způsobu využití území v povodí. Z dosažených výsledků je patrné, že pouze změna krajinného pokryvu není dostatečnou protipovodňovou ochranou pro snížení kulminačního průtoku při typově podobných srážkových událostech, jaké byly na území aplikovány.

Při srážko­‑odtokovém modelování je také třeba počítat s tím, že jak do výpočtů vstupních parametrů, tak i následně do samotného modelu vstupuje řada nejistot a nepřesností. Chyby v měření průtoků při měření vodního stavu jsou asi 1 cm a hlavní zdroj nejistoty nastává při převodu naměřených vodních stavů na průtokové veličiny. U měřených srážkových dat může mít například velký vliv působení větru (2–15 %) a další náhodné i systematické chyby. Celkově se tedy chyby v měření pohybují okolo 10–15 % [10].

I přesto lze s ohledem na Nash­‑Suttcliffe kritérium „E“ považovat kalibrované a následně verifikované modely povodí za dostatečně vypovídající a funkční, aby se jejich parametry mohly stát zdrojem pro vytvoření jemnějšího modelu a dále modelu pro celé povodí Husího potoka. Ten pak bude podroben následnému hodnocení funkčnosti a míry transformace povodně pro další návrhové stavy využití krajiny i návrhy nových vodních nádrží jako zásadnějších prvků pro zadržení a zpomalení odtoku, které jsou v rámci projektu plánovány. Parametry odtoku z celého povodí Husího potoka v místě, kde se vlévá do Odry, budou následně stanoveny právě hydrologickým modelováním na stanovený model.

Poděkování

Příspěvek vznikl za podpory projektu QJ1520268 Nové postupy optimalizace systémů integrované ochrany území v kontextu jejich ekonomické udržitelnosti řešeného v rámci programu KUS Ministerstva zemědělství ČR.

Posted by & filed under Ze světa vodního hospodářství.

Jak byste zhodnotil svůj první rok ve funkci ředitele SOVAK ČR?

Přestože rok je v oblasti vodního hospodářství velice krátká doba, podařilo se nám za toto krátké období mnoho věcí, které v souladu s novou koncepcí a záměry představenstva posunuly činnost našeho sdružení na kvalitativně vyšší úroveň, která již odpovídá asociaci republikového významu podle evropských standardů.

Na úvod je třeba si uvědomit, že SOVAK ČR, resp. jeho členové zásobují kvalitní pitnou vodou přes 9 mil. obyvatel, odvádějí odpadní vody pro téměř 8 mil. obyvatel a přes 98 % těchto odpadních vod čistí. V celém tomto procesu je zapojeno cca 250 tisíc pracovníků. Důležité pro naši činnost také je, že cca 85 % veškeré vodárenské infrastruktury patří obcím a městům či jejich svazkům. Naší snahou tedy je především hájit zájmy svých členů, což jsou jak vlastníci, tak provozovatelé, předávat jim potřebné informace a zasazovat se o rozvoj oboru.

rozhovor-1

Nyní k činnosti za poslední rok. V průběhu roku jsme se přemístili do nových prostor na Křížovnickém náměstí v sousedství našich bývalých kanceláří na Novotného lávce, které již plně splňují požadavky na kvalitní pracovní prostředí včetně patřičného zázemí. Najeli jsme na nový komunikační systém s plným zabezpečením a možností sdílení dat a informací. Došlo k personálnímu posílení jak redakce, tak odborného týmu.

V souladu s novými předpisy došlo na jarní valné hromadě SOVAK ČR k přeměně našeho sdružení na spolek, úpravě Stanov a volbě nových orgánů spolku.

Z důvodu prosazování našich zájmů byly pro SOVAK ČR nesmírně důležité podpisy jednak Memoranda o spolupráci se Svazem měst a obcí ČR o spolupráci, a dále pak podpis Smlouvy o součinnosti s Odborovým sdružením dřevozpracujícího, lesního a vodního hospodářství. Naším zájmem je dlouhodobě uplatňovat naše odborná stanoviska před a v průběhu tvorby legislativy. Vždyť v našich patnácti odborných komisích pracuje přes 250 odborníků a expertů z oboru, kteří mají i dlouholetou zkušenost z provozu. Důležitost těchto smluv vystupuje do popředí díky velmi malému zájmu ministerstev zapojit nás jako odborného konzultanta již při přípravě legislativy spojené s naším oborem.

Jaké změny chystáte na další období?

Velkým cílem do budoucna je tedy to, aby se SOVAK ČR stal povinně připomínkovým místem při přípravě nových zákonů, nařízení vlády, vyhlášek a různých jiných materiálů na vládní či ministerské úrovni, které se dotýkají oblasti vodního hospodářství. Také chceme zintenzivnit spolupráci s partnerskými organizacemi, ať už je to Svaz měst a obcí ČR, Sdružení místních samospráv, Hospodářská komora ČR, Odborový svaz pracovníků dřevozpracujících odvětví, lesního a vodního hospodářství v ČR a řady dalších. Naší snahou je rovněž zintenzivnit debatu o dalším směřování oboru vodovodů a kanalizací, a to v rámci našeho sdružení přes naše odborné komise, či diskusí s širokou odbornou veřejností. V září tohoto roku jsme například zahájili debatu o možnostech termochemického zpracování kalů, první ohlasy byly veskrze pozitivní. Do budoucna se chceme intenzivněji věnovat i dalším tématům, například výskytu látek souhrnně označovaných jako přípravky pro ochranu rostlin ve vodním prostředí. Velkým tématem do budoucna je i cena vody v prostředí neustále se snižující spotřeby vody v ČR, která se dotýká nejen provozovatelů vodovodů a kanalizací, ale ve značné míře například i státních podniků Povodí.

Jak se SOVAK ČR dívá na loňské sucho a jak na problematiku nahlížejí členové SOVAK ČR, popř. jak se s ní vypořádávají?

S negativními projevy sucha, které postihlo Českou republiku v roce 2015, se potýkali také jednotliví členové SOVAK ČR. Z tohoto důvodu SOVAK ČR zpracoval studii, která shrnuje zkušenosti největších provozovatelů a vlastníků vodohospodářské infrastruktury v nejpostiženějších oblastech ČR, a to jak z pohledu zásobování obyvatelstva pitnou vodou, tak i z pohledu odvádění a čištění odpadních vod. Na základě získaných zkušeností jednotlivých členů SOVAK ČR mohu jednoznačně konstatovat, že s následky sucha je schopna se mnohem lépe vyrovnat velká společnost vlastnící či provozující vodohospodářskou infrastrukturu, která má k dispozici nejen více zdrojů vod pro výrobu vody pitné, úpraven vod, odpovídající technické zázemí a vybavení, ale také i zkušené a kvalifikované pracovníky (technici, technologové, vodohospodáři atd.), kteří dokáží lépe zvládnout nepříznivé podmínky pro řádný provoz vodovodů a kanalizací. Jako naprosto zásadní pro překonání nepříznivých následků sucha se pak ukazuje systém propojených vodohospodářských celků, který lépe dokáže čelit případným výpadkům lokálních zdrojů vod. S propojováním vodohospodářských soustav však souvisí řada technických, ale i majetkoprávních problémů. V současné době se na území České republiky nachází deset vodárenských soustav, které zásobují vodou přes 3 miliony obyvatel ČR a dále desítky oblastních nebo regionálních skupinových vodovodů. Tato páteřní vodohospodářská infrastruktura byla vybudována v šedesátých až sedmdesátých letech minulého století, její životnost v současné době končí nebo skončí v nejbližších letech. Vzhledem k objemu nutných finančních prostředků nelze počítat s tím, že by rekonstrukce mohla být zajištěna jen z prostředků vybraných za vodné, obzvláště v situaci, kdy často malá společnost vlastněná městem či obcí má ve svém vlastnictví i značnou část této páteřní infrastruktury. Z tohoto důvodu jsem přesvědčen, že mezi hlavní opatření pro zmírnění negativních dopadů sucha by tak jednoznačně měly patřit i rekonstrukce, budování a propojování páteřních vodohospodářských soustav a užší ekonomicko­‑technická spolupráce jednotlivých společností vlastníků a provozovatelů vodohospodářské infrastruktury.

Jak SOVAK ČR hodnotí nový Operační program Životní prostředí (OPŽP) 2014–2020 z hlediska využitelnosti pro členy v praxi?

SOVAK ČR velice intenzivně vnímá potřebu rekonstrukce a výstavby vodohospodářské infrastruktury pro zajištění dodávek kvalitní pitné vody a řádné čištění odpadních vod v souladu s evropskou i národní legislativou. Vítáme jakékoliv finanční prostředky investované do vodohospodářské infrastruktury, jejíž hodnota v České republice dosahuje částky 1 bilionu Kč. Na druhé straně je potřeba konstatovat, že základní podmínky OPŽP programovacího období 2014–2020 vycházejí z již dříve dojednaných podmínek programovacího období 2007–2013. Právě tyto podmínky rozdělily na základě typu provozního modelu a délce trvání provozní smlouvy jednotlivé navrhované projekty do tří kategorií: projekty spolufinancovatelné z OPŽP bez dalších doplňujících podmínek, projekty výrazně omezené a projekty takzvaně nežadatelné. Vznikl tak trojkolejný systém selektivní podpory, který umožnuje některým členům SOVAK ČR financovat rekonstrukce a výstavbu vodohospodářské infrastruktury plně z programů OPŽP, některým našim členům za výrazně omezujících podmínek a některým pak neumožňuje spolufinancovat tolik potřebné investice vůbec. Jako druhý problém se v praxi jeví i speciální finanční modely, které se uplatňují právě pro projekty spolufinancované z OPŽP. Harmonizace postupů cenotvorby z hlediska formálních a administrativních postupů není provedena, ačkoliv musím s potěšením konstatovat, že navrhovaný zjednodušený finanční model připravený zástupci SFŽP, potažmo MŽP pro programovací období 2014–2020 je krok správným směrem, který vítáme.

rozhovor-2

Jaký je názor SOVAK ČR na novelu vodního zákona týkající se poplatků za odběr podzemních vod a jaký to bude mít vliv na cenu vodného, tím myslíme i na vodárenský systém využívající povrchové vody k úpravě na vodu pitnou?

Ministerstvo životního prostředí připravilo a předložilo novelu vodního zákona, která původně mimo jiné navrhovala postupně do roku 2022 zvýšit poplatek za odběr podzemních vod až na úroveň 8 Kč za m3. Je pravda, že poplatek za odběr podzemních vod je dnes nižší než poplatek za odběr vod povrchových, například na území, které spravuje Povodí Moravy, s. p., tento poplatek již dnes činí 6,65 Kč bez DPH. Nemohu ale souhlasit, že by kvůli rozdílné výši poplatků za odběr povrchových a podzemních vod docházelo k výraznému nadužívání, či dokonce drancování podzemních vod pro výrobu vody pitné, jak občas z některých kruhů zaznívá. Na území České republiky je rozdělení zdrojů podzemní a povrchové vody pro výrobu vody pitné v poměru cca 1 : 1 již řadu let konstantní, navíc jen malá část provozovatelů vodárenské infrastruktury má díky vybudované infrastruktuře reálnou možnost ovlivnit zdroj vody pro výrobu vody pitné. Také jsme měli oproti ministerstvu výrazně odlišný názor na dopad zvyšování poplatků za odběr podzemních vod, kde jsme nemohli přijmout názor ministerstva o dopadu max. 36 Kč na osobu a rok. Podle našich propočtů dopad na konečného spotřebitele by totiž nebylo pouhé prosté navýšení poplatku, ale konečné promítnutí v ceně za vodné, které by bylo díky technologické spotřebě vody při úpravě, ztrátám v distribuci, zisku a DPH o více jak 70 % vyšší, tedy nárůst poplatku o 4 Kč/m3 by byl fakticky nárůstem ceny o 7 Kč/m3. Navíc předmětná novela navrhovala snížení limitu zpoplatnění menších odběrů, které znamenalo pro malá sídla nárůst rovnou o 6 Kč/m3 (fakticky 10 Kč/m3). Výsledný dopad novely vodního zákona jen z titulu navýšení poplatků za odběr podzemních vod v oblastech zásobovaných podzemní vodou činil zhruba 250 Kč na osobu a rok.

Nicméně velice silně vnímáme rozdílnou výši poplatků za odběr povrchových a podzemních vod, i pro členy našeho sdružení to představuje rozdílné náklady na výrobu pitné vody nejen podle typu zdroje vod, ale i na jakém území podniků Povodí se nacházejí. V případě výše poplatků za odběr povrchových vod je nutné vzít v potaz stávající model financování státních podniků Povodí, pro které představuje poplatek za odběr povrchových vod více jak 70 % celkového příjmu. Při postupném snižování odběrů povrchových vod nejen pro vodárenské účely, ale i jednotlivými průmyslovými a energetickými podniky dochází k situaci, kdy snížení odběru povrchových vod má za následek zvýšení poplatku za její odběr. Pokud existuje obecný záměr na vyrovnání výše poplatku za odběr povrchových a podzemních vod, pak cesta k němu podle našeho názoru nevede přes jednorázové navýšení poplatku za odběr podzemních vod, ale na základě hlubší debaty nad smyslem poplatků za odběr povrchových a podzemních vod, nastavení objemu prostředků, které je nutné z těchto poplatků vygenerovat, jasné určení použití takto vybraných finančních prostředků a v neposlední řadě obnovení regulační funkce poplatků.

Jaké zkušenosti má Vaše sdružení ohledně dělení kompetencí mezi Ministerstvem zemědělství a Ministerstvem životního prostřední v problematice vody? Jaký vliv to má na Vaše sdružení?

Sektor vodního hospodářství je skutečně jedním z oborů lidské činnosti, který se potýká s výrazným dělením kompetencí nejen mezi Ministerstvo zemědělství a Ministerstvo životního prostředí. Obor vodovodů a kanalizací je primárně v kompetenci Ministerstva zemědělství, které nastavuje základní sektorová pravidla a regulace. Také Ministerstvo životního prostředí, které má v gesci problematiku ochrany vod, je v mnoha ohledech významným regulátorem, který značně ovlivňuje především provozovatele stokových sítí a čistíren odpadních vod. Nicméně rád bych připomenul i úlohu dalších ministerstev, která značně ovlivňují celý sektor vodního hospodářství, ať už je to problematika kvality pitných vod, které řeší Ministerstvo zdravotnictví, rozhodnutí dotýkající se stavebního zákona, územního plánování a lepšího hospodaření s dešťovou vodou, která spadají pod Ministerstvo pro místní rozvoj, a v neposlední řadě důležitou cenovou regulaci oboru vodovodů a kanalizací, kterou zajišťuje Ministerstvo financí. Z tohoto důvodu bych proto jen velmi nerad problematiku jisté roztříštěnosti kompetencí zužoval pouze na Ministerstvo zemědělství a Ministerstvo životního prostředí. O skutečnosti, že nastavené rozdělení kompetencí není vždy zcela ideální, svědčí situace, kdy si pracovníci jednotlivých ministerstev navzájem vyjasňují své kompetence a tvrdě hájí stanoviska a politiku svého ministerstva bez ohledu na celkový cíl politiky v oblasti vodního hospodářství. Typickou ukázkou jsou různé mezirezortní komise, které by měly formulovat tyto obecné cíle politik či mezirezortní připomínková řízení k jednotlivým návrhům zákonů či nařízení vlády. Jako příklad lze uvést poplatkovou novelu vodního zákona předloženou Ministerstvem životního prostředí, ke které zaslalo Ministerstvo zemědělství připomínky o celkovém rozsahu 27 stran. Pro SOVAK ČR a jednotlivé jeho členy tento stav znamená jednání a spolupráci s řadou nejrůznějších pracovníků státní správy na jednotlivých úrovních. Situace je pro nás o to komplikovanější, že SOVAK ČR není takzvaným povinně připomínkovým místem, a tak k mnoha věcem, které se dotýkají oboru vodovodů a kanalizací, máme možnost se vyjádřit jen na základě ochoty jednotlivých ministerstev přizvat nás k jednání, či na základě intenzivní spolupráce s povinně připomínkovými místy, ať už je to Svaz měst a obcí, Svaz místních samospráv, Hospodářská komora České republiky a jiní. SOVAK ČR je otevřen jednání s kterýmkoliv dotčeným orgánem státní správy při řešení problematiky dotýkající se oboru vodovodů a kanalizací, rozhodně ale nemá ambici navrhovat a prosazovat případná přerozdělení kompetencí v rámci jednotlivých ministerstev. Na druhé straně voda je natolik důležitým fenoménem, že by si zasloužila v celém komplexu spadat pouze pod jedno ministerstvo.

Jak se SOVAK ČR dívá na největší investici OPŽP 2014–2020, modernizaci Úpravny vody Želivka?

Rekonstrukce Úpravny vody Želivka, která zásobuje pitnou vodou přes 900 tisíc obyvatel, je svým významem skutečně jednou z nejdůležitějších vodohospodářských akcí za posledních několik let. Investice přesahující částku 1,2 miliardy Kč byla vyvolána především potřebou řešit problematiku výskytu pesticidů a jejich metabolitů v surové vodě z VN Švihov. K navrženým jednotlivým variantám rekonstrukce se vyjadřovala i odborná komise SOVAK ČR, která jednomyslně doporučila k realizaci sice nejdražší, ale co do splnění technických požadavků a i s ohledem na plánovanou životnost stavby prakticky jedinou vhodnou variantu. Domnívám se, že tato rekonstrukce přinese zabezpečení dodávek kvalitní pitné vody pro obyvatele Prahy na řadu let dopředu. Je potřeba ale zmínit i finanční otázku rekonstrukce ÚV Želivka. Přestože tato rekonstrukce je spolufinancována z programu OPŽP, tak vzhledem k výši spolufinancování a následné potřebě řádně plnit plán finanční obnovy bude mít tato rekonstrukce bohužel i dopad na odběratele a v konečném důsledku i koncového spotřebitele. Podle dostupných informací bude muset provozovatel ÚV Želivka, Želivská provozní, a. s., přistoupit ke zvýšení ceny vody předané dalším provozovatelům zásobujícím koncové spotřebitele o cca 25 %, což je v podmínkách České republiky skutečně skokové zdražení. Velkou výzvou do budoucna bude i rekonstrukce hlavního přivaděče z ÚV Želivka do hlavního města Prahy, která se s největší pravděpodobností neobejde bez delší odstávky a nutnosti zajistit zásobování obyvatel Prahy pitnou vodu z alternativních zdrojů, především dlouhodobým zprovozněním ÚV v Praze­‑Podolí, která od roku 2002 slouží jen jako pohotovostní rezerva.

Jaký je Váš názor na modernizaci ÚČOV Praha ve vztahu k modelům financování vodohospodářské infrastruktury?

Výstavba nové vodní linky ÚČOV Praha s předpokládanými rozpočtovými náklady přibližně 9 miliard Kč je jednoznačně nejvýznamnější a nejdůležitější akce v oblasti čištění odpadních vod v historii samostatné České republiky. Její realizaci předcházela řada let příprav, diskusí, ale bohužel i sporů, ať už technického či ekonomicko­‑právního rázu. Na rozdíl od výše zmíněné rekonstrukce ÚV Želivka není tento projekt zatím alespoň z části hrazen z evropských fondů prostřednictvím OPŽP. Velkou překážkou realizace se ukázaly nastavené podmínky v rámci programovacího období 2007–2013, délka smlouvy o provozování mezi hlavním městem Prahou a současným provozovatelem a především opakovaně negativní stanovisko expertů Evropské unie JASPERS k technické koncepci a nákladům stavby. Experti z JASPERS ve svých posudcích především nesouhlasili s technickým řešením plnícím národní emisní limity pro vypouštění odpadních vod do vod povrchových, které jsou v ČR nastaveny výrazně přísněji, než vyplývá z požadavků EU vyjádřených směrnicí 271/91/EHS. Přestože výhrady JASPERS byly opakovaně experty vyvráceny a provozovatel vyslovil ochotu v případě potřeby vyjmout ÚČOV z platné smlouvy o provozování, k dohodě o spolufinancování z programů OPŽP či jiných národních zdrojů se zatím nepodařilo dospět.

SOVAK ČR sdružuje jak vlastníky, tak i provozovatele vodohospodářské infrastruktury všech typů modelů provozování, což jsou především modely vlastnické, smíšené či oddílné. SOVAK ČR nepovažuje za vhodné a ani v tomto směru nebude do budoucna vyvíjet jakoukoliv aktivitu, kdy by jednotlivým členům či ostatním vodohospodářským společnostem doporučoval konkrétní typ modelu provozování. Jsem přesvědčen, že nastavení smluvních vztahů mezi vlastníkem a provozovatelem je výlučná záležitost dotčených společností, protože jen zástupci těchto společností jsou schopni řádně posoudit, jaký typ modelu provozování je v dané lokalitě nejvhodnější.

Posted by & filed under Ze světa vodního hospodářství.

Téměř celý rok 2015 byl srážkově podnormální a naopak teplotně výrazně nadnormální. Srážkový deficit se začal projevovat již na počátku roku 2015 a vyvrcholil v polovině srpna s dalším prohloubením v podzimních měsících. Ve srovnání s dlouhodobým průměrem (období 1981–2010) přesáhl srážkový deficit v srpnu 170 mm a ve velmi vysokých hodnotách se pohyboval v intervalu hodnot 135–185 mm po celý podzim. Průměrná teplota za rok 2015 činila 9,4 °C a byla ve srovnání s normálem z let 1981–2010 o 1,5 °C vyšší. Vzestup průměrné teploty se projevil zvláště v letních měsících, kdy v červenci bylo o 2,4 °C a v srpnu dokonce o 4 °C tepleji než normálně. Maximální denní teploty na některých stanicích překračovaly 38 °C. Důsledkem toho se prakticky na celém území vyvinulo výrazné hydrologické sucho, kdy byl na většině toků po mnoho dní zaznamenáván průtok pod Q355 (jedná se o průtok, který je v dlouhodobém průměru dosažen nebo překročen po 355 dní v roce). Ve více než polovině případů (160) bylo hydrologické sucho velmi významné, průtok klesal až na hodnoty Q364. Některé toky nižšího řádu v letních měsících úplně vyschly [1].

velke%e2%95%a0u_jer%e2%95%a0ia%e2%95%a0ubi%e2%95%a0u_jezi%e2%95%a0urko_krus%e2%95%a0ine%e2%95%a0u_hory_uprava

Jak se tento nepříznivý stav odrazil na kvalitě povrchové vody a jaký dopad to může mít na vodní organismy, bylo prezentováno na semináři Dopad hydrologického sucha 2015 na kvalitu povrchových vod, který proběhl 12. října tohoto roku na Novotného lávce v Praze. Základní otázkou, na kterou je třeba si odpovědět, je, zda nízké průtoky v recipientech v antropogenně ovlivněném území vedou ke zhoršení kvality vody, či nikoliv. Při malých průtocích v recipientu dochází zákonitě k nižšímu stupni ředění odpadních vod. V období významného hydrologického sucha může být objem vypouštěných odpadních vod dokonce srovnatelný nebo vyšší než aktuální průtok.

Seminář zahájil předseda mezirezortní odborné skupiny VODA­‑SUCHO, ředitel Výzkumného ústavu vodohospodářského T. G. Masaryka, v. v. i., Mgr. Mark Rieder, který seznámil přítomné s cíli a činností této skupiny. Ve svém příspěvku zmínil i některá adaptační opatření pro zmírnění dopadů sucha a nedostatku vody. K přípravě realizace opatření pro zmírnění těchto negativních jevů přijala Vláda ČR usnesení č. 620 ze dne 29. července 2015, kterým ministrům MŽP a MZe mj. ukládá předložit vládě do poloviny příštího roku koncepci ochrany před následky sucha.

Navazující program semináře byl rozdělen do tří tematických bloků: vznik a vývoj sucha 2015 z klimatologického a hydrologického hlediska, jak se tento nepříznivý stav projevil na kvalitě povrchových vod tekoucích a stojatých a nakonec, jak se se suchem vyrovnávají vodní organismy.

Ing. Radek Vlnas (ČHMÚ, VÚV TGM, v. v. i.) vyzdvihl klimatologické aspekty, které v roce 2015 vedly k teplotním a srážkovým anomáliím ve střední Evropě. Zajímavé bylo srovnání s jinými epizodami sucha v tomto a minulém století. Na jeho přednášku navázal Ing. Petr Vicenda (Povodí Vltavy, státní podnik), který dokumentoval hydrologické sucho v Čechách a zvláště v povodí Berounky. Zmínil mj., že brzký rozvoj sucha v minulém roce byl způsoben také nízkou zásobou vody ze sněhu tří předcházejících zimních období. Nejdelší extrémní hydrologické sucho s průtokem pod Q364 bylo zaznamenáno na řece Úhlavě v profilu Štěnovice (nad Plzní), trvalo 78 dní. Ke zmírnění dopadů sucha na dolních a středních tocích výrazně přispěly vodní nádrže; nadlepšení v závěrném profilu Vltavy je odhadováno na skoro 30 m3.s-1. Přitom odběry surové vody pro úpravu na vodu pitnou byly zachovány po celou dobu trvání nepříznivého stavu.

Ing. Kateřina Soukupová (Povodí Vltavy, státní podnik) seznámila přítomné s výsledky mimořádného monitoringu kvality povrchových vod v povodí Vltavy. Probíhal v období srpen až listopad 2015 na 36 říčních profilech. Četnost odběrů byla zahuštěna na 1x týdně až 1x za 14 dní. Výsledky analýz byly porovnány s obdobím 2013–2014. K překračování maximálních koncentrací ve srovnání s referenčním obdobím docházelo zvláště v případě konduktivity, organického znečištění, rozpuštěného kyslíku a celkového fosforu především na tocích nižšího řádu (podle Strahlera). Na tocích vyššího řádu dopad hydrologického sucha na kvalitu vody nebyl až na ojedinělé případy významný (také vlivem nadlepšování průtoků). Ze speciálních ukazatelů znečištění byl v některých profilech významný nárůst koncentrací kyseliny ethylendiamintetraoctové (EDTA), která je součástí pracích a čisticích prostředků. Byl také potvrzen známý jev „skokového“ zhoršení kvality vody pod intravilány měst a obcí po srážkové epizodě, které předcházelo déletrvající suché období.

A jak na sucho zareagovaly vodní nádrže? S tím posluchače seznámil přední expert na tuto problematiku RNDr. Jindřich Duras, Ph.D. (Povodí Vltavy, státní podnik). Předně, hydrologické sucho v povodí nad nádrží nemusí nutně vést ke zhoršení kvality vody v ní. Příroda si v mnohém dokáže poradit. Některé samočisticí procesy v povodí nad nádrží v období sucha probíhají s vyšší účinností než za normálního stavu. Prodlužuje se dotoková doba, s klesající hloubkou vody roste význam biologicky aktivních povrchů, vzrůstá úloha infiltrace v hyporeálu. Toto jsou jen některé aspekty, které Dr. Duras zmínil. Záleží také na tom, v jaké vzdálenosti jsou od přítoku do nádrže bodové zdroje znečištění lokalizovány. Tam, kde je vzdálenost malá, nemají samočisticí procesy takovou možnost se uplatnit. Zhoršená kvalita vody v horní části nádrže nemusí ohrozit kvalitu vody u hráze, kde dochází k odběru vody a odtoku do recipientu. To se potvrdilo např. na VN Švihov. Samozřejmě faktorů, které kvalitu vody ovlivňují, je celá řada, každou VN je potřeba hodnotit individuálně.

V posledním neméně zajímavém bloku byla přednáška RNDr. Petra Pařila (Masarykova univerzita Brno) na téma, jak se vliv vysychání toku projevuje na změně druhové diverzity zoobentosu. Na příkladu vodních bezobratlých bylo ukázáno, které skupiny organismů bude vysychání postihovat nejvíce, a byly zmíněny i ty druhy, které mohou ze změněné situace na základě svých vlastností těžit. Např. ve státech jižní Evropy, kde je vysychání toků častým jevem, je druhová diverzita bezobratlých vyšší než v České republice, kde k tomuto fenoménu dochází zatím zřídka.

Z vyšších organismů byly RNDr. Jitkou Svobodovou (VÚV TGM, v. v. i.) prezentovány populace raků žijících na našem území. Některé druhy jsou schopny zavrtat se hlouběji do hyporeálu, kde je dostatečná vlhkost, a přečkat tam hydrologicky nepříznivé podmínky i po několik týdnů. Pokud je potřeba račí populaci přesadit na jiné místo, měli by tak vždy učinit odborníci, aby nedošlo ke zničení původních druhů raků na našem území invazivními druhy (zvl. rakem pruhovaným Orconectes limosus).

Posted by & filed under Ze světa vodního hospodářství.

V minulém čísle časopisu VTEI (5/2016) se čtenář mohl seznámit s názorem SOVAKu ČR na podporu „co nejrychlejšího úplného zákazu používání glyfosátu“ s ohledem na možnou kontaminaci povrchových vod touto látkou (hlavní látka totálních herbicidů typu roundup) a jejími rezidui. Jelikož v příspěvku nebyly uvedeny všechny relevantní informace, aby si mohl čtenář utvořit na uvedenou problematiku vlastní názor, dovolil jsem si veskrze negativní vyznění původního příspěvku uvést na pravou míru.

Cílem tohoto příspěvku není obhajovat použití glyfosátu, který je často využíván ve zbytečných, nadměrných množstvích (např. k desikaci sklizně), nýbrž poskytnout základní fakta o jeho mechanismu působení a představit zobecněné závěry vědeckých studií, které potenciální škodlivost glyfosátu vůči člověku, živočichům a vodnímu prostředí v posledních 30 letech zkoumaly (glyfosát byl objeven v roce 1970). I tak nebude snadné alespoň vyvážit převážně negativní dlouhodobou kampaň, která je v podobě poplašné zprávy ohledně používání glyfosátu bez ohledu na fakta v posledních letech sdělovacími prostředky šířena.

Glyfosát je bezbarvá organická, širokospektrálně působící herbicidní látka na bázi fosforu, která efektivně účinkuje vůči rostlinným zeleným pletivům (byliny i dřeviny), včetně mechorostů a zelených řas. Jeho účinek spočívá v utlumení funkce rostlinného enzymu (je součástí genomu i některých mikroorganismů, nikoliv savců), který umožňuje syntézu aminokyselin, potřebných k růstu a fungování rostliny [1]. Obecné závěry, které reprezentují statisticky významný soubor několika desítek studií ze všech vědních oborů, zabývajících se působením a účinky glyfosátu na organismy, dosud neprokázaly akutní nebo chronickou toxicitu glyfosátu (v maximálních množstvích používaných při zemědělské produkci) na teplokrevné organismy, tedy včetně člověka. K těmto závěrům došly např. Evropská komise (29. června rozhodla o dočasném prodloužení používání chemických přípravků na bázi glyfosátu po dobu 18 měsíců), německý Federální institut pro hodnocení rizik, Evropský úřad pro bezpečnost potravin, americký Úřad pro ochranu životního prostředí a jiné.

V roce 2015 byl glyfosát rozhodnutím Mezinárodní agentury pro výzkum rakoviny (IACR) na základě výsledků omezeného výběru studií zařazen do kategorie seznamu látek 2A jako potenciální karcinogen. Na stejném seznamu je pro ilustraci čtenáře i červené maso a pití horkých nápojů o teplotě více než 65 °C (tedy i kávy a čaje). I selským rozumem lze dovodit, že extrémní příjem jakékoliv látky, včetně těch základních jako soli nebo cukru, je pro člověka ohrožující, a je proto často důvodem, aby tyto látky byly na podobné seznamy zařazeny. O jejich benefitech se však v souvislostech s nimi nemluví. Např. největším benefitem glyfosátu je dlouhodobá udržitelnost zemědělské produkce v případě využití geneticky upravených odrůd obilovin a kukuřice (GMO) odolných vůči glyfosátu při širokospektrální likvidaci plevelů (samotná problematika GMO není cílem příspěvku).

V příspěvku SOVAKu zmíněná kontaminace povrchových vod je ve skutečnosti významně omezena výraznou adsorpcí glyfosátu na půdní částice, navíc SOVAKem prezentované hodnoty v povrchových vodách z Belgie, Irska a Švédska na úrovni 139–370 µg·l-1 jsou v řádech, které zcela jistě nelze nazývat jako závažné. Velikost takového množství lze srovnat např. s nejvyšší mezní hodnotou pro koncentraci celkových kyanidů v pitné vodě v ČR, která činí 50 µg·l-1 [2] a u kterých je narozdíl od glyfosátu akutní toxicita prokázána a všeobecně známa. Navíc příspěvek neuvádí, zda jde o průměrnou, či maximální změřenou koncentraci. Nejcitlivějšími nezelenými organismy na glyfosát jsou ryby a obojživelníci, z nichž u některých druhů byla zjištěna tzv. střední smrtná koncentrace 38–39 mg·l-1 (tj. 100× více než uvedené koncentrace ve vodách) při expozici 24 a 96 hodin [3, 4].

Jinou věcí je samotné použití surfaktantů (smáčedel) v herbicidech na bázi glyfosátu, usnadňujících jeho průnik do zelených pletiv. Tyto látky jsou skutečně dráždivé a mohou vyvolávat nejen u lidí, ale i u vodních organismů různé alergické reakce. Velmi často je však tento jejich potenciální negativní efekt zaměňován právě s glyfosátem samotným (např. u zmíněných citlivých obojživelníků je střední smrtná koncentrace surfaktantů 1,1 mg·l-1 při expozici 24 a 96 hodin, což je 35× menší hodnota než u glyfosátu). Přitom vhodnou úpravou legislativy lze použití surfaktantů v herbicidech účinně omezit. Dílčím problémem mohou být různá rezidua, a to jak ze surfaktantů, tak z glyfosátu. Glyfosát v řádu jednotek dnů až měsíců (podle charakteru prostředí) biodegraduje přes meziprodukty až na konečné produkty v podobě CO2 a iontů NH4+ [4], což při zvýšené biochemické oxidaci (nitrifikaci) může vést až ke kyslíkovému deficitu ve vodním prostředí. To platí především pro stojaté vody, kde je nutné při použití glyfosátu v jejich okolí s tímto efektem počítat, ve vodních tocích je obvykle areace vody dostatečná. Samotné meziprodukty čítají různé látky organické povahy od zcela netoxických (aminokyseliny) až po ty toxické (formaldehyd), nicméně vycházíme­­‑li z běžných koncentrací glyfosátu v povrchových vodách, jsou jejich koncentrace enviromentálně nevýznamné.

Výsledky dosavadního celosvětového sledování vlivu glyfosátu na zdraví člověka z hlediska konzumace glyfosátem ošetřených potravin nebo pitné vody se stopami glyfosátu zatím neprokázaly jeho akutní ani chronickou toxicitu vůči teplokrevným organismům v koncentracích, se kterými se v prostředí můžeme běžně setkat. Neznamená to, že potenciální toxické účinky glyfosátu nemohou být dalším výzkumem v budoucnu objeveny, nicméně je více než sporné vyvolávat negativní kampaň proti používání glyfosátu na základě několika ojedinělých výsledků, tím spíše nepodložených faktů a domněnek. Pokud SOVAK hovoří o problémech s pesticidy na úpravnách vod, je z tohoto důvodu poněkud nešťastné a zavádějící uvádět jako příklad škodlivého pesticidu právě glyfosát, který z hlediska toxicity, pokud vůbec existuje, patří ve srovnání třeba s brodifakem nebo oficiálně zakázaným karbofuranem k těm vůbec nejmírnějším.

Posted by & filed under Hydraulika, hydrologie a hydrogeologie.

Souhrn

Na území Karlovarského kraje byly identifikovány oblasti, jež se pravidelně potýkají s problémy nedostatku vody pro vodárenské i průmyslové využití. Od roku 2015 je ve spolupráci VÚV TGM, v. v. i., a státního podniku Povodí Ohře řešen projekt s názvem Zajištění dostupnosti vodních zdrojů ve vybraných oblastech Karlovarského kraje. Projekt má za úkol navrhnout opatření vedoucí k zabezpečení požadavků na užívání vod v období nedostatku vody s důrazem na maximální využití stávající infrastruktury. V článku jsou popsány identifikované pozorované změny hydrologické bilance způsobené vlivem klimatických změn na zájmovém území Karlovarského kraje, spolu se změnami výhledovými pro budoucí časové horizonty 2021–2050 a 2071–2099.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Úvod

S postupem klimatické změny na území České republiky vznikají pro sektor vodního hospodářství nové výzvy, se kterými se musí postupně vypořádat. Jsou již identifikovány oblasti, jež v současné době mají problémy se zabezpečením dostatku vody, a na základě hydrologického modelování jsou identifikovány oblasti, jež jsou potenciálně, kvůli vlivu klimatické změny, zranitelné v budoucích časových horizontech. Problémy jsou se zabezpečením vody pro vodárenské i průmyslové účely. Článek se zaměřuje na současné a výhledové změny hydrologické bilance na území Karlovarského kraje.

V roce 2010 byla zpracována Výhledová studie potřeb a zdrojů vody v Karlovarském kraji [1], která vyhodnotila zabezpečenost požadavků na užívání vody (odběry, minimální průtoky, režimy hladin v nádržích aj.) vzhledem k dostupným kapacitám vodních zdrojů (průtokům ve vodních tocích a disponibilních zásob ve vodních nádržích). Tato studie hodnotila zabezpečenost pro současné i výhledové hydrologické podmínky.

Tabulka 1. Dílčí povodí na území Karlovarského kraje (DBČ – databázové číslo, ČHP – číslo hydrologického pořadí)
Table 1. Catchments of the Karlovy Vary district (DBČ – database number, ČHP – number of hydrological order)
beran-tabulka-1

Již ze závěrů této studie vyplývá, že na území Karlovarského kraje se nachází oblasti, které mají problémy se zabezpečením dostatku vody v bezdeštných obdobích. Tyto problémy se ukazují již v současném období a i pro výhledová období, která uvažují postup klimatických změn, těchto zranitelných oblastí podle výsledků modelování přibývá. Identifikací zranitelných oblastí a návrhem adaptačních opatření se zabýval například projekt Navrhování adaptačních opatření pro snižování dopadů klimatické změny na hydrologickou bilanci z roku 2012, který se zaměřil na území povodí Orlice, Chrudimky a Blšanky [2]. Na základě definování zranitelných oblastí z hlediska nedostatku vody na území ČR v roce 2015 byl Karlovarský kraj vyhodnocen jako mírně až středně zranitelný [3, 4].

Od roku 2015 je ve spolupráci VÚV TGM, v. v. i., a státního podniku Ohře řešen navazující projekt, jenž má za úkol vytvoření certifikované metodiky pro návrh opatření vedoucích k zabezpečenosti požadavků na užívání vod v období nedostatku vody s důrazem na maximální využití stávající infrastruktury. Projekt má název Zajištění dostupnosti vodních zdrojů ve vybraných oblastech Karlovarského kraje a je spolufinancován Ministerstvem zemědělství ČR. V článku jsou popsány výsledky hydrologického modelování pro dílčí povodí Karlovarského kraje, jež bylo jedním z výsledků prvního roku řešení zmiňovaného projektu. V dalších letech budou pro boj s nedostatkem vody v rámci projektu navržena konkrétní opatření pro identifikované lokality.

Data a metody

Karlovarský kraj má rozlohu 3 314 km2. V severní části kraje leží Krušné hory s nejvyšší horou Klínovec (1 244 m n. m.). Páteřní řeka Ohře rozděluje kraj přibližně v polovině a odděluje Krušné hory na severu od Slavkovského lesa (Lesný, 983 m n. m.) na jihozápadě a Doupovských hor (Hradiště, 934 m n. m.) na jihovýchodě. Slavkovský les a Doupovské hory jsou od sebe oddělené největším přítokem Ohře, řekou Teplou. Mezi další významné přítoky Ohře patří Rolava, Svatava, Libocký potok, Odrava a Bystřice.

Plocha Karlovarského kraje byla pro účely hydrologického modelování rozdělena na 11 dílčích povodí o podobné rozloze, přehled se základními identifikačními údaji je uveden v tabulce 1. Pro analýzu současného stavu hydrologické bilance a pro kalibraci hydrologického modelu Bilan byla zvolena časová řada 1961–2010. K dispozici byly řady teplot, srážek a odtoku. V případech, kdy nebyly k dispozici hodnoty odtoku přímo pro vybraný uzávěrový profil, byly hodnoty dopočítány odečtením mezipovodí (uvedeno v tabulce 1 – sloupec výpočet odtoku).

Model Bilan

Pro modelování hydrologické bilance na povodích byl použit konceptuální model Bilan simulující hydrologickou bilanci v denním či měsíčním časovém kroku, např. [5–7]. Pro potřeby modelování hydrologické bilance v předkládaném článku byl použit měsíční krok výpočtu. Vstupními daty jsou časové řady srážek a teploty vzduchu a pro kalibraci modelu i pozorovaný odtok. Model je řízen v měsíční verzi osmi volnými parametry, výpočtem se modeluje potenciální evapotranspirace, územní výpar, infiltrace do zóny aerace, průsak touto zónou, zásoba vody ve sněhu, zásoba vody v půdě a zásoba podzemní vody. Výpočet potenciální evapotranspirace je prováděn buď výpočtem založeným na vegetačních zónách [8], nebo výpočtem založeným na slunečním záření pro určitou zeměpisnou šířku [9]. Odtok je modelován jako součet tří složek – přímého, hypodermického a základního odtoku. V předkládaném článku se zaměřujeme na změny průměrných teplot vzduchu, srážkových úhrnů, výparu, základního odtoku a celkového odtoku.

Scénáře klimatické změny

Pro modelování budoucích změn ve veličinách hydrologické bilance byly vybrány dva budoucí časové horizonty, a sice období 2021–2050 a 2071–2099. Tato období byla vybrána na základě obdobných studií řešených ve VÚV TGM, v. v. i., v posledních letech, aby byla zajištěna konzistentnost výsledků pro jejich porovnávání. K modelování dopadů klimatické změny na hydrologickou bilanci bylo vybráno celkem 15 simulací regionálních klimatických modelů (RCM), které pokrývají časové období 1961–2099. RCM jsou výstupem projektu ENSEMBLES. Všechny simulace byly řízené emisním scénářem SRES A1B s prostorovým rozlišením 25 × 25 km. Uvažováno bylo 15 RCM simulací řízených čtyřmi globálními klimatickými modely (tabulka 2). Jako výsledná hodnota změny hydrologické veličiny byl brán průměr z těchto 15 simulací. Popis vybraných regionálních klimatických modelů je uveden ve zprávě Hanel aj. [10] nebo Hanel a Vizina [11]. K dispozici byla data za pozorované období 1961–2010. Změny bilančních prvků byly brány k průměru ze současného období 1981–2010.

Tabulka 2. Přehled simulací regionálních klimatických modelů (RCM)
Table 2. Regional climate model simulations (RCM)
beran-tabulka-2

Výsledky

Pozorované období

Vzhledem k dostatečně dlouhým pozorovaným časovým řadám 1961–2010 byly spočítány průměrné hodnoty jednotlivých členů hydrologické bilance pro časové horizonty 1961–1990 a 1981–2010. V klimatologii jsou jako standardní uvažována třicetiletá období, často je pro kontrolní klima voleno období 1961–1990. Změny udávají pozorované změny hydrologické bilance. Hodnoty jsou uvedeny v tabulce 3. Změny v těchto pozorovaných obdobích nejsou většinou významné, nicméně jsou již viditelné. Za zmínku stojí změna celkové průměrné teploty o přibližně 0,5 °C. Při bližším pohledu na výsledky [12] je vidět největší oteplení v zimních měsících. S tímto souvisí zvýšený územní výpar během těchto měsíců. Vlivem popsaných změn se během jarního tání vsákne do podzemních zásob menší množství vod (vyšší výpar a povrchový odtok), které by měly dotovat povrchové toky během letních suchých období.

Průměrné roční srážkové úhrny se v období 1961–1990 pohybovaly v rozsahu 600–800 mm v povodí Ohře, v povodí Mže průměr nepřesahoval 650 mm, v povodí Střely 600 mm a v povodí Blšanky méně než 500 mm. V období 1981–2010 byl zaznamenán nárůst srážek v rozsahu 3–10 %. Nejvyšší srážkové úhrny jsou dosahovány především v horských oblastech Krušných hor a Smrčin (část Krušnohorské pahorkatiny) na severu a severozápadě území. Na jihovýchodním okraji území se již naopak na srážkovém úhrnu projevuje srážkový stín Krušných hor.

Na velikosti celkového odtoku se na území Karlovarského kraje významně projevuje vliv orografie. Odtoková výška v západní a severní části území přesahuje 300 mm ročně (povodí Ohře po Cheb, Ohře po Karlovy Vary). V povodí Teplé činil průměr přibližně 250 mm. V dolní části kraje v povodí Střely a v povodí Blšanky klesá průměrná odtoková výška díky vyšší teplotě vzduchu až pod 100 mm ročně.

Budoucí změny v hydrologické bilanci

Teplota

Podle modelování hydrologické bilance na základě dat ze simulací regionálních klimatických modelů se na území Karlovarského kraje zvýší průměrná teplota vzduchu v budoucím časovém horizontu 2021–2050 o přibližně 1 °C vzhledem k současnému měřenému průměru 1981–2010. Nejvíce se bude oteplovat v zimních měsících (o 1,2 °C), nejméně pak v jarních měsících (o 0,8 °C). Ve vzdálenějším časovém horizontu 2071–2099 ukazují modely zvýšení průměrné teploty o přibližně 2,7 °C vůči současnému období. Největší oteplení vykazují zimní (o 3,1 °C) a letní měsíce (o 3 °C). V podzimních měsících je nárůst průměrně o 2,7 °C, v jarních měsících je nárůst nejmenší o 2,2 °C. Změny průměrné teploty k časovému období 2071–2099 jsou znázorněny na obr. 1.

beran-1

Obr. 1. Absolutní změny průměrné teploty vzduchu v časovém období 2071–2099 od současnosti 1981–2010; DJF – prosinec, leden, únor, MAM – březen, duben, květen, JJA – červen, červenec, srpen, SON – září, říjen, listopad
Fig. 1. Absolute changes in mean air temperature in the scenario period 2071–2099 (with respect to 1981–2010); DJF – December, January, February, MAM – March, May, June, JJA – June, July, August, SON – September, October, November

Srážky

Změny v průměrném ročním srážkovém úhrnu nejsou významné ani pro jeden budoucí časový horizont, v obou případech je změna do + 7 %. Pro dřívější časový horizont 2021–2050 vychází jarní a letní měsíce téměř beze změny, zimní a podzimní měsíce vykazují nárůst od 6 do 11 % vzhledem k časovému horizontu 1981–2010. Pro vzdálenější modelové období 2071–2099 je typický vyšší nárůst průměrných srážek během zimních měsíců (13–25 %), který vyvažuje pokles během letních měsíců (7–14 %). Změny průměrné srážky ve vzdálenějším časovém horizontu jsou znázorněny na obr. 2.

beran-2

Obr. 2. Relativní změny průměrných srážkových úhrnů v časovém období 2071–2099 od současnosti 1981–2010; DJF – prosinec, leden, únor, MAM – březen, duben, květen, JJA – červen, červenec, srpen, SON – září, říjen, listopad
Fig. 2. Relative changes in mean precipitation in the scenario period 2071–2099 (with respect to 1981–2010); DJF – December, January, February, MAM – March, May, June, JJA – June, July, August, SON – September, October, November

Odtoková výška

Průměrná roční odtoková výška se v časových horizontech 2021–2050 a 2071–2099 téměř nezmění, průměrné změny jsou do 5 %. Pro sezonní změny je typické zvýšení odtokové výšky během zimních měsíců, pro bližší období
2021–2050 do 24 %, pro vzdálenější časový horizont do 32 %. V ostatních měsících v tomto období dochází k významnému snížení odtokové výšky, během letních měsíců až o 30 %. Změny odtokové výšky v budoucím časovém horizontu jsou znázorněny na obr. 3. Pro změny základního odtoku na povodí je typický významný úbytek během letních a také podzimních měsíců.

Změny hydrologické bilance jsou podrobněji popsány a uvedeny v periodické zprávě k projektu [12].

beran-3

Obr. 3. Relativní změny odtokových výšek v časovém období 2071–2099 od současnosti 1981–2010; DJF – prosinec, leden, únor, MAM – březen, duben, květen, JJA – červen, červenec, srpen, SON – září, říjen, listopad
Fig. 3. Relative changes in mean runoff in the scenario period 2071–2099 (with respect to 1981–2010); DJF – December, January, February, MAM – March, May, June, JJA – June, July, August, SON – September, October, November

Závěr

Na základě modelování změn hydrologické bilance se potvrdilo, že postup klimatické změny se Karlovarskému kraji v žádném případě nevyhýbá. Charakter probíhajících a modelovaných změn hydrologické bilance v Karlovarském kraji je srovnatelný se změnami probíhajícími v měřítku celé České republiky. Vliv vyšších teplot vzduchu v průběhu celého roku spolu se zvýšenými srážkovými úhrny během zimy zvyšuje odtokové výšky vodních toků a zároveň zvyšuje územní výpar během tohoto období. To má za následek nedostatečnou akumulaci vody ve sněhové pokrývce, která by se během postupného jarního tání vsakovala do kolektorů podzemních vod. Dostatečné zásoby podzemních vod jsou důležité pro dotování povrchových toků základním odtokem během přelomu léta a podzimu (srpen, září), kdy je méně srážek. V případě delších bezdeštných období, jako tomu bylo například v roce 2015, se dostupnost vodních zdrojů o to zhoršuje.

Tabulka 3. Základní klimatické a hydrologické charakteristiky dílčích povodí Karlovarského kraje; drobné rozdíly mezi srážkami a součtem územního výparu s celkovým odtokem jsou způsobeny změnou zásob podzemní vody
Table 3. Climatic and hydrological characteristics of Karlovy Vary district catchments
beran-tabulka-3

Popsané změny hydrologické bilance způsobují problémy s nedostatečným zabezpečením vodních zdrojů v oblasti Karlovarského kraje. Řešený projekt Zajištění dostupnosti vodních zdrojů ve vybraných oblastech Karlovarského kraje si klade za cíl identifikovat konkrétní lokality ohrožené nedostatkem vody a navrhnout účinná adaptační opatření pro boj s nedostatkem vodních zdrojů na těchto lokalitách. Projekt je řešen ve spolupráci VÚV TGM, v. v. i., a Povodí Ohře, s. p., s předpokládaným termínem dokončení v roce 2018.

Poděkování

Článek vznikl na základě výzkumu prováděného v rámci projektu Zajištění dostupnosti vodních zdrojů ve vybraných oblastech Karlovarského kraje (QJ1520318), který je financován Ministerstvem zemědělství ČR v rámci programu KUS. Scénáře změny klimatu byly vytvořeny v rámci projektu TA02020320, který byl spolufinancován Technologickou agenturou ČR.

Posted by & filed under Hydraulika, hydrologie a hydrogeologie.

Souhrn

Pro odhad vlivu změny klimatu na vodní režim v krajině a sektory vodního hospodářství se zpravidla užívá hydrologického modelování, kde vstupem do hydrologického modelu jsou scénářové srážky a teploty založené na simulacích klimatických modelů. Tyto simulace jsou zatíženy systematickými chybami, které lze korigovat pomocí řady dostupných metod. Nicméně se ukazuje, že shoda rozdělení korigovaných a pozorovaných vstupních veličin (srážek a teploty) nezaručuje shodu rozdělení simulovaného odtoku. To je způsobeno zejména skutečností, že běžně používané metody korekce systematických chyb klimatických modelů neodstraňují chyby v časové struktuře srážek. Dalším problémem je, že korekce se zpravidla omezují na časové měřítko, v němž je (hydrologický) model provozován – tj. většinou denní. Ukazuje se, že přes uspokojivou korekci veličin v denním časovém kroku jsou měsíční, sezonní a roční agregace srážek zatíženy podstatnou systematickou chybou, což následně vede k chybám v dlouhodobé hydrologické bilanci a variabilitě simulovaného odtoku.

novodomske-raseliniste

Úvod

Jelikož jsou simulace klimatických modelů zatíženy systematickými chybami, nelze simulované časové řady srážek a teploty použít přímo pro hydrologické modelování. Relativně hrubé horizontální rozlišení globálních i regionálních klimatických modelů (RCM) neumožňuje adekvátně popsat orografii terénu, vznik konvektivních srážek atp. V důsledku toho je řada jevů popsána pomocí empirických nebo semi­‑empirických vztahů, které jsou často zmiňovány jako jedna z dominantních příčin systematických chyb v simulacích klimatických modelů [1–3].

Existuje řada studií, které se zabývají korekcí chyb klimatických modelů. Korekce simulovaných srážek a teploty spočívá v transformaci simulovaných časových řad takovým způsobem, který zaručí přijatelnou shodu vybraných statistických charakteristik simulovaných a pozorovaných veličin. Byly vyvinuty různé metody korekce systematických chyb, od transformací korigujících průměr přes nelineární transformace korigující průměr a variabilitu až po pokročilé metody transformující celé rozdělení pravděpodobnosti uvažovaných veličin, popř. vztahy mezi proměnnými. Tyto metody představuje např. [4–6]. Řada aspektů korekce systematických chyb je však problematická, viz např. [7, 8].

Simulace RCM jsou zpravidla k dispozici v denním časovém kroku. V tomto časovém měřítku také probíhá korekce simulovaných veličin i hodnocení její účinnosti. Současné metody korekce systematických chyb jsou schopné transformovat simulovaná data tak, že rozdělení korigovaných veličin se perfektně shoduje s rozdělením veličin pozorovaných a navíc rozumně zachovává korelační strukturu mezi veličinami. Shoda rozdělení a vztahů veličin v denním kroku však neznamená shodu v případě delších či kratších časových měřítek, což je způsobeno časovou strukturou simulovaných veličin, která není zpravidla korekcí ovlivněna. Toto chování bylo popsáno např. v pracích Haerter aj. [9], Johnson a Sharma [10], Ehret aj. [7] a Addor aj. [8], nicméně ve většině praktických aplikací je tento problém často přehlížen. Hodnocení metod korekce se navíc často omezuje na veličiny simulované klimatickým modelem (např. srážky a teplota) a neuvažuje výstupy závislé na těchto veličinách (např. odtok).

V předkládaném článku jsou proto demonstrovány základní problémy korekce systematických chyb při použití v hydrologických simulacích. Ukazuje se, že rozdělení odtoku simulovaného pomocí hydrologického modelu využívajícího korigované srážky a teplotu neodpovídá rozdělení odtoku simulovaného na základě pozorovaných časových řad ani v časovém kroku, ve kterém byla korekce provedena. Pro analýzu účinnosti metod korekce systematických chyb na různé veličiny v různých časových měřítcích byl vyvinut balík MUSICA pro R software, viz https://github.com/hanel/musica.

Popis oblasti a data

Studie byla provedena na povodí Oslavy, které má rozlohu 861 km2 s průměrnou výškou 500 m n. m. Průměrná roční srážka činí 594 mm, průměrná teplota 7,2 °C a průměrný průtok v ústí je 3,5 m3/s. Povodí je z větší části neregulované, pouze na horním toku Oslavy je víceúčelová vodárenská nádrž Mostiště. Nevyskytují se zde vyšší elevace, které by znesnadňovaly použití RCM.

Pozorovaná data

Pro studii byla použita hydrometeorologická data (srážky, teplota, průtoky) v denním kroku z období 1970–1999. Časové řady srážek a teploty pocházejí z interpolovaných dat do pravidelné sítě 25 × 25 km [11], průtoky pak z vodoměrné stanice Oslavany.

Tabulka 1. Použité RCM simulace; v řádcích jsou uvedeny řídicí simulace globálních klimatických modelů, sloupce odpovídají regionálním klimatickým modelům; v jednotlivých buňkách je v závorkách uveden počet simulací podle RCP2.6 („26“), RCP4.5 („45“) a RCP8.5 („85“)
Table 1. Considered RCM simulations; driving GCM simulations are listed in rows whereas columns correspond to RCMs; a number of simulation according to RCP2.6 („26“),
RCP4.5 („45“) and RCP8.5 („85“) is listed in brackets in individual cells
hanel-tabulka-1

RCM data

Pro vyhodnocení účinku korekce systematických chyb simulovaných časových řad srážek a teploty na simulovaný odtok bylo uvažováno 52 simulací regionálních klimatických modelů z projektu CORDEX [12]. Přehled použitých simulací udává tabulka 1. K dispozici bylo sedm regionálních klimatických modelů k downscalingu simulací deseti globálních klimatických modelů. Z regionálních klimatických modelů je nejpočetněji zastoupen model RCA4 (30 simulací) a CLM (8 simulací). Simulace nejčastěji využívají koncentrační scénář RCP8.5 předpokládající nejintenzivnější zvyšování radiačního působení (26 simulací) a RCP4.5 (21 simulací), méně pak RCP2.6 předpokládající snižování koncentrací skleníkových plynů (3 simulace). Pro RCP6.0 nebyla dostupná žádná simulace. Simulace jsou většinou dostupné pro období cca 1961–2100, některé 1950–2100. Prostorové rozlišení je 0,11° a 0,44°, což odpovídá cca 12 a 50 km. Všechny simulace jsou volně dostupné prostřednictvím Earth System Grid Federation.

Metodika

Pozorované časové řady srážek a teploty byly použity pro kalibraci hydrologického modelu Bilan (kap. Hydrologické modelování). Simulované časové řady srážek a teploty byly korigovány standardní a kaskádovou kvantilovou metodou (kap. Korekce systematických chyb). Vybrané charakteristiky rozdělení korigovaných srážek, teploty a odpovídajícího modelovaného odtoku byly porovnány (kap. Vyhodnocení) s charakteristikami pozorovaných veličin (srážek, teploty a odpovídajícího modelovaného odtoku).

hanel-1
Obr. 1. Zbytková chyba (relativní pro srážky a odtok, absolutní pro teplotu [°C]) po korekci standardní kvantilovou metodou pro průměr (vlevo), 90% kvantil (uprostřed) a směrodatnou odchylku (vpravo), pro srážky (nahoře), teplotu (uprostřed) a modelovaný odtok (dole); barvy určují roční období (červená – zima, zelená – jaro, modrá – léto, světle modrá – podzim); vodorovná osa značí časové agregace (D1 – den, D10 – deset dnů, M1 – měsíc, M3 – tři měsíce, M6 – šest měsíců, Y1 – rok, Y5 – pět let); čáry značí průměrnou chybu, zelený pás rozpětí 50 % a modrý pás 90 % ze všech modelů
Fig. 1. Residual error (relative for precipitation and runoff, absolute for temperature [°C]) after the standard quantile correction method for mean (left), 90% quantile (middle) and standard deviation (right), for precipitation (top), temperature (middle) and simulated runoff (bottom); colours indicate seasons (red – winter, green – spring, blue – summer, light blue – autumn); horizontal axis shows time aggregation (D1 – a day, D10 – ten days, M1 – a month, M3 – three months, M6 – six months, Y1 – a year, Y5 – five years); the lines represent mean residual error in the climate model ensemble, green (blue) area indicates an envelope of 50 (90)% of climate model simulations

Korekce systematických chyb

Simulované časové řady srážek a teploty byly korigovány pomocí standardní kvantilové metody popsané např. [13]. Tato metoda zaručuje, že rozdělení pravděpodobnosti srážek a teploty korigovaných dat odpovídá rozdělení pravděpodobnosti pozorovaných veličin. Kvantilová metoda byla použita v denním kroku, zvlášť pro jednotlivé měsíce.

Za účelem vyhodnocení vlivu korigovaného časového měřítka na modelovaný průtok byla kvantilová metoda aplikována také iterativně pro různá časová měřítka (konkrétně denní, měsíční a roční) pomocí přístupu popsaného Haerterem aj. [9]. Podstatou metody je opakovaná korekce denních časových řad na základě rozdělení denních hodnot a měsíčních a ročních agregací. Vzhledem k tomu, že korekce v jednom časovém měřítku ovlivňuje rozdělení v jiných časových měřítcích, je postup iterativně opakován.

Hydrologické modelování

Simulace odtoku z povodí Oslavy byla provedena modelem Bilan vyvíjeným ve Výzkumném ústavu vodohospodářském (VÚV). Bilan [14] je konceptuální model hydrologické bilance, který je v denním kroku řízen šesti parametry. Srážky jsou transformovány na odtok pomocí soustavy lineárních a nelineárních nádrží. Kalibrace parametrů modelu probíhá na pozorovaných časových řadách (srážky, teplota a odtok), kdy se sleduje nejlepší shoda mezi pozorovaným a modelovaným odtokem. Nakalibrovaným modelem se dále generuje odtok na základě korigovaných srážek a teploty vycházejících z RCM. Více o modelu lze nalézt na bilan.vuv.cz.

Vyhodnocení

K vyhodnocení zbytkové chyby v korigovaných časových řadách srážek, teploty a modelovaného odtoku byl použit balík MUSICA pro prostředí R [15]. Balík umožňuje pohodlné porovnání libovolných charakteristik rozdělení hodnocených veličin pro různá časová měřítka, přičemž tato měřítka je možno uživatelsky definovat. V tomto článku jsou dále uvažována denní (D1), 10denní (D10), měsíční (M1), 3 a 6měsíční (M3 a M6) a roční a pětileté (Y1 a Y5) časové agregace. Pro kratší než půlroční agregace jsou výsledky prezentovány jako průměry pro jednotlivé sezony (MAM – březen, duben, květen; JJA – červen, červenec, srpen; SON – září, říjen, listopad; DJF – prosinec, leden, únor). Primárně se hodnotí chyba korigovaných veličin, která je dále označována jako „zbytková chyba“.

hanel-2
Obr. 2. Zbytková chyba (relativní pro srážky a odtok, absolutní pro teplotu [°C]) po korekci kaskádovou kvantilovou metodou pro průměr (vlevo), 90% kvantil (uprostřed) a směrodatnou odchylku (vpravo), pro srážky (nahoře), teplotu (uprostřed) a modelovaný odtok (dole); barvy určují roční období (červená – zima, zelená – jaro, modrá – léto, světle modrá – podzim); vodorovná osa značí časové agregace (D1 – den, D10 – deset dnů, M1 – měsíc, M3 – tři měsíce, M6 – šest měsíců, Y1 – rok, Y5 – pět let); čáry značí průměrnou chybu, zelený pás rozpětí 50 % a modrý pás 90 % ze všech modelů
Fig. 2. Residual error (relative for precipitation and runoff, absolute for temperature [°C]) after the cascade quantile correction method for mean (left), 90% quantile (middle) and standard deviation (right), for precipitation (top), temperature (middle) and simulated runoff (bottom); colours indicate seasons (red – winter, green – spring, blue – summer, light blue – autumn); horizontal axis shows time aggregation (D1 – a day, D10 – ten days, M1 – a month, M3 – three months, M6 – six months, Y1 – a year, Y5 – five years); the lines represent mean residual error in the climate model ensemble, green (blue) area indicates an envelope of 50 (90)% of climate model simulations

Výsledky

obr. 12 je patrné, že pro všechny tři prezentované charakteristiky (průměr, 90% kvantil a směrodatná odchylka) jsou zbytkové chyby velmi malé u srážek i teploty, zejména v D1 měřítku, pro které byly korekce kalibrovány. Nicméně v případě použití těchto srážek a teplot pro modelování odtoku dochází k „zesílení“ zbytkových chyb nad únosnou mez. Uspokojivé výsledky se nedostavily ani pro měřítko D1, pro které byly korekce kalibrovány. Extrémním případem je podzimní sezona (světle modře) – v absolutním vyjádření se však jedná o velmi malé hodnoty.

hanel-3
Obr. 3. Korelace mezi srážkou a modelovaným odtokem (nahoře), mezi srážkou a teplotou (uprostřed) a mezi teplotou a modelovaným odtokem (dole) pro jednotlivá roční období (DJF – zima, MAM – jaro, JJA – léto, SON – podzim); červeně jsou zobrazena korigovaná data standardní kvantilovou metodou, modře pozorovaná data a zeleně simulovaná data; vodorovná osa značí časová měřítka (D1 – den, D10 – deset dnů, M1 – měsíc, M3 – tři měsíce, M6 – šest měsíců, Y1 – rok, Y5 – pět let); čáry značí průměrnou korelaci, zelený pás rozpětí 50 % a modrý pás 90 % ze všech modelů
Fig. 3. Correlation between precipitation and modelled runoff (above), between precipitation and temperature (middle) and between temperature and modelled runoff (below) for seasons of year (DJF – winter, MAM – spring, JJA – summer, SON – autumn); data corrected by the standard quantile method are in red, observed in blue and simulated in green; horizontal axis shows time aggregation (D1 – a day, D10 – ten days, M1 – a month, M3 – three months, M6 – six months, Y1 – a year, Y5 – five years); the lines represent mean correlation coefficient, green (blue) area indicates an envelope of 50 (90)% of climate model simulations

Korekce kaskádovou kvantilovou metodou (obr. 2) přináší výrazně lepší výsledky. Je vidět, že rozpětí chyb u srážek a teploty je v měřítcích M1 a Y1 podstatně nižší než v případě korekce standardní kvantilovou metodou (obr. 1). Bohužel u agregací D10, M3 a M6 se již tak výrazné zlepšení nevyskytuje, jelikož tyto nebyly zahrnuty do kaskádové korekce. Je zajímavé, že u modelovaného odtoku dochází k podstatnému snížení zbytkové chyby pro prezentované charakteristiky ve všech časových měřítcích.

Obr. 34 ukazují míru korelace mezi veličinami přes různá časová měřítka ve čtyřech sezonách. Lze pozorovat, že korelace pro odtok a srážku je pozitivní, naopak pro teplotu a srážku a odtok a teplotu je korelace spíše negativní. Ve všech případech míra korelace roste s časovým měřítkem. Dále je vidět, že základní průběh korelace mezi sledovanými veličinami zůstává zachován pro simulovaná i korigovaná data a použití metody korekce systematických chyb má malý vliv na korelační strukturu. Nicméně dochází ke zlepšení v případě použití kaskádové korekce, zejména u korelace mezi srážkou a odtokem, kde lze pozorovat těsnější vztah mezi korigovanými a pozorovanými daty.

hanel-4
Obr. 4. Korelace mezi srážkou a modelovaným odtokem (nahoře), mezi srážkou a teplotou (uprostřed) a mezi teplotou a modelovaným odtokem (dole) pro jednotlivá roční období (DJF – zima, MAM – jaro, JJA – léto, SON – podzim); červeně jsou zobrazena korigovaná data kaskádovou kvantilovou metodou, modře pozorovaná data a zeleně simulovaná data; vodorovná osa značí časová měřítka (D1 – den, D10 – deset dnů, M1 – měsíc, M3 – tři měsíce, M6 – šest měsíců, Y1 – rok, Y5 – pět let); čáry značí průměrnou korelaci, zelený pás rozpětí 50 % a modrý pás 90 % ze všech modelů
Fig. 4. Correlation between precipitation and modelled runoff (above), between precipitation and temperature (middle) and between temperature and modelled runoff (below) for seasons of year (DJF – winter, MAM – spring, JJA – summer, SON – autumn); data corrected by the cascade quantile method are in red, observed in blue and simulated in green; horizontal axis shows time aggregation (D1 – a day, D10 – ten days, M1 – a month, M3 – three months, M6 – six months, Y1 – a year, Y5 – five years); the lines represent mean correlation coefficient, green (blue) area indicates an envelope of 50 (90)% of climate model simulations

Diskuse a závěr

Z prezentovaných výsledků je zřejmé, že korekce srážek a teploty pomocí standardní kvantilové metody není vhodná pro rutinní využití v hydrologických simulacích, jelikož v některých ročních obdobích vede ke značné zbytkové chybě modelovaného odtoku ve všech časových měřítcích kratších než rok, včetně denních hodnot, na kterých byla korekce kalibrována. Podobné výsledky prezentuje i Teng aj. [16]. Relativně největší zbytkové chyby se vyskytují v období nízkých průtoků (a v absolutním vyjádření se zpravidla jedná o nízké hodnoty).

Další výsledky (které nejsou kvůli rozsahu zahrnuty v tomto článku) ukazují, že podobné výsledky lze očekávat i u jiných povodí a při použití jiných hydrologických modelů. Východiskem může být využití nejnovějších (poměrně komplexních) metod popsaných Mehrotrou a Sharmou [17], které umožňují korigovat rozdělení pravděpodobnosti a korelační a autokorelační strukturu pro veličiny v různých časových měřítcích.

Úspěšnost těchto metod při hydrologických simulacích není nicméně zatím známa. Druhou možností je využití kombinací jednoduchých metod (např. přírůstková metoda, popř. aplikovaná v různých časových měřítcích) v kombinaci se stochastickými metodami umožňujícími generování dlouhodobé variability [18].

Poděkování

Tento článek vznikl v rámci řešení projektu „Možnosti kompenzace negativních dopadů klimatické změny na zásobování vodou a ekosystémy využitím lokalit vhodných pro akumulaci povrchových vod“ (TA04020501), který je spolufinancován Technologickou agenturou České republiky, a projektu „Půdní a hydrologické sucho v měnícím se klimatu“ (1616549S) financovaném Grantovou agenturou České republiky.

Posted by & filed under Hydraulika, hydrologie a hydrogeologie.

Souhrn

Cílem směrnice Rady 91/676/EHS o ochraně vod před znečištěním způsobeném dusičnany ze zemědělských zdrojů [1] (dále „nitrátová směrnice“) je snižovat znečištění vod, které pochází ze zemědělských zdrojů, a předcházet dalšímu takovému znečišťování, a to jednak pro zajištění dodávek kvalitní pitné vody a jednak k ochraně povrchové vody před eutrofizací. Transpozice nitrátové směrnice byla provedena ustanovením § 33 zákona č. 254/2001 Sb., o vodách, ve znění pozdějších předpisů [2], kde je uloženo vládě nařízením stanovit zranitelné oblasti a v těchto oblastech upravit používání a skladování hnojiv a statkových hnojiv, střídání plodin a provádění protierozních opatření. Zranitelné oblasti byly v roce 2003 nařízením vlády č. 103/2003 Sb., o stanovení zranitelných oblastí a o používání a skladování hnojiv a statkových hnojiv, střídání plodin a provádění protierozních opatření v těchto oblastech [3], vymezeny výčtem katastrálních území, která leží v povodích povrchových vod a oblastech podzemních vod, kde bylo prokázáno významné znečištění dusičnany ze zemědělských zdrojů nebo kde okolnosti nasvědčují tomu, že může dojít k dalšímu zhoršení jakosti vod. Toto nařízení vlády zároveň stanovilo, že přezkoumání zranitelných oblastí a návrhy na změny jejich rozsahu musí být předloženy vládě nejpozději do čtyř let od prvního vymezení. V současné době jsou vyhlášeny zranitelné oblasti nařízením vlády č. 262/2012 Sb., o stanovení zranitelných oblastí a akčním programu v platném znění [4], které nahradilo původní nařízení vlády č. 103/2003 Sb.

pohranici

Úvod

Znečištění vod dusičnany je závažný problém, který ohrožuje nejen člověka, ale také přírodu a krajinu. Rada Evropských společenství proto v roce 1991 konstatovala, že obsahy nitrátů ve vodách v určitých oblastech stoupají a dosahují hodnot, které jsou nepřiměřené vzhledem k limitům daných požadavky na jakost vod ve zdrojích používaných pro pitné účely a že tento vývoj není obecně v souladu se zájmy ochrany přírodního prostředí vyjádřenými v jiných usneseních EHS. Rada ES proto přijala směrnici 91/676/EHS k ochraně vod před znečištěním dusičnany ze zemědělských zdrojů (nitrátová směrnice), která ukládá členským státům vymezit zranitelné oblasti a učinit potřebné kroky ke snížení tohoto znečištění.

Požadavky uvedené směrnice byly transponovány do českého vodního práva v § 33 zákona č. 254/2001 Sb., o vodách, ve znění pozdějších předpisů, kde je uloženo vládě nařízením stanovit zranitelné oblasti a v těchto oblastech upravit používání a skladování hnojiv a statkových hnojiv, střídaní plodin a provádění protierozních opatření.

Požadavky směrnice Rady 91/676/EHS (nitrátové směrnice)

Hlavním cílem nitrátové směrnice je snížit znečištění vod způsobené dusičnany ze zemědělských zdrojů a předcházet dalšímu takovému znečištění.

Pro splnění požadavků této směrnice bylo nutné provést pět následujících zásadních kroků:

  • Stanovit znečištěné a ohrožené vody, vytvořit monitoring jakosti povrchových a podzemních vod a monitoring účinnosti akčního programu.
  • Vymezit zranitelné oblasti, které představují území odvodňovaná do povrchových a podzemních vod znečištěných nebo ohrožených dusičnany ze zemědělských zdrojů. Hlavním kvalitativním kritériem znečištění vod je koncentrace dusičnanů vyšší než 50 mg/l nebo taková koncentrace, která by mohla stanovenou hranici překročit, pokud by nebyla zavedena účinná opatření. Součástí posouzení je také určení míry eutrofizace povrchových vod. Vymezené zranitelné oblasti podléhají revizi nejpozději do 4 let od předchozího vymezení.
  • Stanovit Zásady správné zemědělské praxe zaměřené na ochranu vod před znečištěním dusičnany ze zemědělských zdrojů (dále jen „Zásady“), které představují souhrn obecných požadavků jak hospodařit, aby nedocházelo k nadměrnému zatěžování veškerých vod dusičnany. Zásady jsou uplatňovány na dobrovolné bázi na celém území ČR. Pro tyto účely jsou pak připraveny školicí programy pro zemědělce.
  • Sestavit, zavést a realizovat akční program, kontrolovat a vynucovat dodržování jeho jednotlivých opatření. Akční program představuje povinné způsoby hospodaření ve vymezených zranitelných oblastech, přičemž vychází z dostupných vědeckých a technických údajů a respektuje rozdílné půdní a klimatické podmínky zranitelných oblastí. Akční program musí obsahovat požadavky stanovené v nitrátové směrnici a opatření uvedená v Zásadách.
  • Pro zranitelné oblasti se tak stávají příslušná opatření stanovená v Zásadách součástí akčního programu, jehož plnění je pro podnikatele hospodařící v zemědělství povinné.

Součástí implementace nitrátové směrnice je také zajištění zpracování a odeslání povinných zpráv Evropské komisi o plnění nitrátové směrnice za každé čtyřleté období.

hrabankova-1
Obr. 1. Rozdělení území ČR podle vlastností hydrogeologické struktury útvarů podzemních vod
Fig. 1. Distribution of area of CR according to the hydrogeological structure

Zranitelné oblasti na území ČR a první akční program byly vyhlášeny nařízením vlády č. 103/2003 Sb., o stanovení zranitelných oblastí a o používání a skladování hnojiv a statkových hnojiv, střídání plodin a provádění protierozních opatření v těchto oblastech [3], s účinností od 11. dubna 2003, na základě zmocnění § 33 zákona č. 254/2001 Sb., o vodách. První akční program pro zranitelné oblasti České republiky byl vyhlášen k 1. 1. 2004, s termínem jeho zavedení do 31. 12. 2007. První revize vymezení zranitelných oblastí byla uplatněna novelou tohoto nařízení, a to nařízením vlády č. 219/2007 Sb., s účinností od 1. 9. 2007 [5]. Druhý akční program na období 2008–2011 byl vyhlášen novelou nařízení vlády č. 103/2003 Sb., a to nařízením vlády č. 108/2008 Sb., s účinností od 4. 4. 2008 [6]. Původní předpis byl v roce 2012 zrušen novým nařízením vlády č. 262/2012 Sb., o stanovení zranitelných oblastí a akčním programu (dále jen „nařízení vlády“) [4], které s účinností od 1. 8. 2012 vyhlásil druhou revizi zranitelných oblastí a vyhlásil 3. akční program. Třetí revize vymezení zranitelných oblastí byla uplatněna novelou č. 235/2016 Sb. tohoto nařízení s účinností od 1. 8. 2016 [7]. Čtvrtý akční program a jeho úpravy v této novele vycházely především z výsledků monitoringu realizace třetího akčního programu v zemědělské praxi, nových vědeckých poznatků a požadavků Evropské komise.

Vymezení a revize zranitelných oblastí

Vymezení zranitelných oblastí

Jak již bylo výše konstatováno, první zranitelné oblasti byly vymezeny v roce 2002 [8]. Při vymezování zranitelných oblastí bylo nutné vyřešit, jak postupovat při vyhodnocování všech koncentrací podzemních a povrchových vod. Základním podkladem pro vymezování zranitelných oblastí povrchových vod bylo vymezení ověřených a neověřených oblastí v roce 1999 v projektu VaV 510/4/98 Omezování plošného znečištění povrchových a podzemních vod v ČR [9]. Tyto oblasti byly takto rozděleny na základě posouzení, zda se jedná o vodohospodářsky významnou oblast (povodí vodárenských nádrží), dále podle toho, jaké je riziko vyplavování dusičnanů vzhledem k bilančnímu přebytku dusičnanů přítomných v půdě, a samozřejmě hlavně na základě vyhodnocení výsledků dostupného monitoringu jakosti povrchových a podzemních vod a hodnocení projevů eutrofizace způsobené dusičnany. První hodnocení probíhalo zvlášť pro povrchové a zvlášť pro podzemní vody. Při posouzení zranitelných oblastí podzemních vod bylo potřeba identifikovat, jak se znečištění dusičnany šíří v podzemních vodách a kde se projeví jeho účinky. Vycházelo se z přírodních podmínek útvarů podzemních vod. Podle vlastností hydrogeologické struktury je možné oběh podzemních vod rozdělit na dva případy. V prvním případě (útvary podzemní vody s jednoduchým oběhem) jde o oblasti s nesouvislým zvodněním (hlavně oblasti krystalinických hornin) nebo mělkým oběhem podzemní vody v připovrchové zóně (především kvartérní kolektory), znečištění podzemních vod se zde většinou bezprostředně objevuje i v povrchových vodách. V těchto případech byly hodnoceny koncentrace NO3 společně v povrchových i podzemních vodách. V hydrogeologických rajonech se souvislým zvodněním (převážně v pánevních strukturách) je hlubší a složitější oběh podzemní vody. Podzemní a povrchová voda se zde tedy musí hodnotit zvlášť, protože absence znečištění v povrchových vodách v těchto oblastech automaticky nevylučuje znečištění podzemních vod. Celé území ČR bylo tedy rozděleno na dva typy oblastí podle převažujícího typu oběhu podzemních vod (obr. 1).

Při rozhodování o zařazení plochy mezi zranitelné oblasti byly také použity podpůrné podklady, které umožnily odlišit původ znečištění, rozsah využití půdy v jednotlivých oblastech, intenzitu zemědělského hospodaření a obecnou zranitelnost půd a horninového prostředí.

hrabankova-2
Obr. 2. Vyhodnocení monitoringu povrchových vod
Fig. 2. Assessment of the nitrate concentrations in surface water

V roce 2002 ještě nebyl zaveden speciální monitoring povrchových vod pro nitrátovou směrnici, pro hodnocení byla tedy využita všechna dostupná data z dosavadních prováděných monitoringů jakosti povrchových vod, zvláště z měření na drobných vodních tocích zajišťovaných Státní meliorační správou (SMS) a také z probíhajícího měření jakosti podzemních vod provozovaného Českým hydrometeorologickým ústavem (ČHMÚ). Pro hospodářskou bilanci dusíku byly použity statistické údaje Českého statistického úřadu (ČSÚ) a údaje z databáze Ministerstva zemědělství (MZe). Pro rozlišení jednotlivých ekosystémů byla využita vrstva CORINE – Land Cover pořízená z družicových snímků z období 1990–1992.

Výsledné zranitelné oblasti vymezené v povodích 4. řádu byly po jejich homogenizaci převedeny z legislativně­‑administrativních důvodů na plochy katastrálních území, které umožňují vlastníkovi nebo uživateli pozemku identifikovat, zda se nachází ve zranitelné oblasti, či nikoliv. Pro převod území na katastry byla stanovena pevná kritéria (plocha katastru je vice než ze 75 % pokryta vymezeným zranitelným územím), aby nedocházelo k nežádoucímu rozšiřování vymezených území. Zranitelné oblasti byly vymezeny na 36,7 % území České republiky.

Revize zranitelných oblastí

Podle nitrátové směrnice musí probíhat pravidelné přezkoumání vymezení zranitelných oblastí do 4 let od jejího vymezení. V České republice tak proběhly již 3 revize, v letech 2007 [10], 2011 [11] a v roce 2015 [12]. Při návrhu revidovaného vymezení se vychází z předpokladu, že pokud mají být opatření akčních programů účinná a tím zajištěna ochrana vod, je nutné v každém období mezi jednotlivými revizemi zaměřit pozornost na skutečně problémové oblasti a v nich aplikovat co nejúčinnější opatření, která povedou ke zlepšení stavu. Vyplývá to ze smyslu nitrátové směrnice, jejímž účelem je cílené snižování znečištění vod pomocí přísnějších požadavků v jasně definovaných oblastech. Proto Česká republika přistoupila k možnosti, že v rámci revizí budou vyhodnocena aktuální data z jakosti povrchových a podzemních vod a současně také jejich trendy, a podle těchto výsledků bude rozhodnuto buď o rozšíření plochy zranitelných oblastí, nebo v případě výrazného zlepšení stavu také o jejich zrušení. Týká se to případů, kde koncentrace dusičnanů za předchozí období byly pod hranicí 25 mg/l a trend jejich vývoje byl klesající. V tomto případě je předpokládáno, že dostatečnou ochranu území již zajistí běžné nástroje (např. Zásady správné zemědělské praxe). Tato metodika byla použita ve všech třech provedených revizích.

hrabankova-3
Obr. 3. Vyhodnocení monitoringu podzemních vod
Fig. 3. Assessment of the nitrate concentrations in groundwater

Od roku 2002, kdy byly zranitelné oblasti vymezeny, došlo k výraznému posunu ve vývoji v oblasti datových podkladů i ke zpřesnění způsobu hodnocení. I nadále jsou pro revize používána data ČHMÚ o jakosti povrchových i podzemních vod. Výraznou pomocí pro zkvalitnění podkladů pro jednotlivé revize bylo navržení nového optimalizovaného monitoringu drobných vodních toků, který navazoval na síť provozovanou Státní meliorační správou od roku 1993 a poté její nástupnickou organizací Zemědělskou vodohospodářskou správou. Tento monitoring je cíleně situován pro potřeby nitrátové směrnice a zároveň je převážná část profilů umístěna v místech reprezentativních pro monitorování vodních útvarů podle Rámcové směrnice 2000/60/ES [13]. Monitorovací síť se skládá z hlavních profilů, které jsou měřeny dlouhodobě každý měsíc a jsou situovány právě v místech reprezentativních pro monitorování vodních útvarů. Další součástí jsou vedlejší profily, které jsou sledovány 12× za rok a jsou rozděleny do čtyř skupin tak, aby byly měřeny v pravidelných 4letých cyklech. Výsledky těchto sledování jsou jedním ze základních podkladů pro revize zranitelných oblastí. Od zavedení této monitorovací sítě proběhlo několik jejích optimalizací a v současné době je provozována podniky Povodí podle jejich územní příslušnosti, výsledky pak spravuje Povodí Moravy, s. p.

Díky projektu Technologické agentury České republiky TA01010670 Chráněná území povrchových a podzemních vod pro lidskou spotřebu – hodnocení jakosti surové vody a jeho využití v praxi [14] bylo možné ve větší míře použít pro hodnocení jakosti také data o jakosti surové vody určené pro lidskou spotřebu pořizovaná na základě zákona č. 274/2001 Sb., o vodovodech a kanalizacích pro veřejnou potřebu [15] a jeho prováděcí vyhlášky č. 428/2001 Sb. [16]. Jedná se o výsledky měření jakosti provozovatelů vodovodů, kteří tato data v současnosti pravidelně zasílají podnikům Povodí a krajským úřadům (dříve Ministerstvu zemědělství). Tyto údaje byly vzhledem ke způsobu jejich vykazování pro hromadné vyhodnocení nedostupné, díky řešenému projektu vznikla ve VÚV TGM databáze, kterou bylo možno využít jako zásadní podklad pro hodnocení jakosti zvláště podzemních vod.

hrabankova-4
Obr. 4. Návrh revidovaného vymezení zranitelných oblastí
Fig. 4. Proposal for revision of the designation of vulnerable zones

Na následujících obrázcích (obr. 23) je ukázka výsledků hodnocení jakosti povrchových a podzemních vod pro revize v roce 2015. Jednotlivá monitorovací místa jsou vyhodnocena a rozdělena do kategorií podle hodnoty koncentrací NO3. Pokud to bylo možné z hlediska časových řad měření, u každého místa byl vyhodnocen také trend: vzrůstající (šipka směrem nahoru), klesající (šipka dolů) a stabilní (vodorovná šipka). Kde nebylo možné hodnotit trend vzhledem k počtu měření, je toto místo vyznačeno pouze jako bod.

Tabulka 1. Tabulka ploch vymezených zranitelných oblastí
Table 1. Table of areas of defined vulnerable areas
hrabankova-tabulka-1

*) rozsah zemědělské půdy a orné půdy podle vrstvy Corine Land Cover 90 pro rok 2003, Corine Land Cover 2000 pro rok 2007, Corine Land Cover 2006 pro rok 2011 a Corine Land Cover 2012 pro rok 2015

Další výraznou změnou při revizích zranitelných oblastí bylo vytvoření metodiky pro hodnocení eutrofizace [17]. Hodnocení je založeno v prvním kroku na vyhodnocení koncentrací dusičnanů, pokud koncentrace přesahuje 25 mg/l, jsou tyto profily dále vyhodnocovány z hlediska celkového fosforu. U profilů, které jsou na základě tohoto posouzení hodnoceny v horším než v dobrém stavu, dochází k dalšímu kroku – určení míry vlivu zemědělského hospodaření na základě podílu dusičnanového dusíku na celkovém anorganickém dusíku ve vzorku. Na základě hodnoty tohoto poměru a podílu zastoupení zemědělských půd v povodí je toto povodí označeno jako zranitelné/nezranitelné z hlediska eutrofizace vod.

Výsledné revize zranitelných oblastí vycházejí v řešeném období z aktuálních vrstev katastrálních území a aktuálních výsledků leteckého snímkování CORINE Land Cover.

tabulce 1obr. 4 je zaznamenán vývoj rozsahu zranitelných oblastí v celém období implementace nitrátové směrnice v období 2002–2015.

Předkládání národních zpráv o plnění nitrátové směrnice

Součástí implementace nitrátové směrnice je také zajištění zpracování a odeslání povinných zpráv Evropské komisi o plnění nitrátové směrnice za každé čtyřleté období. Reportingová zpráva je odesílána každým členským státem v předepsaném formátu a obsahuje vyhodnocení a statistické údaje za předepsané období. Jedná se o údaje z oblasti monitoringu vod a plnění akčního programu, nedílnou součástí zprávy je také výhled vývoje znečištění vod z hlediska účinnosti nastavených opatření pro zlepšení její jakosti.

hrabankova-5

Obr. 5. Průměrné koncentrace dusičnanů v podzemních vodách podle členských států EU
Fig. 5. Frequency diagram of groundwater classes (annual average nitrate concentrations in EU member states)

Evropská komise pak na základě jednotlivých národních zpráv vyhotoví celoevropskou zprávu a statistiky o účinnosti nitrátové směrnice a následně pak z těchto výsledků čerpá nové poznatky o možných potřebných důrazech, například v oblasti nastavení akčních programů pro zemědělce. Ze statistik vyplývá, že Česká republika se nachází z hlediska rozlohy zranitelných oblastí v evropském průměru (samozřejmě zde nejsou započteny státy, které se rozhodly stanovit zranitelné oblasti celoplošně). Zajímavé je i srovnání výsledků monitoringu dusičnanů v ostatních státech. Nová evropská zpráva bude vytvořena na začátku roku 2017, uvádíme tedy pro informaci ukázku z poslední evropské společné zprávy z roku 2012 (obr. 5–7).

hrabankova-6

Obr. 6. Průměrné koncentrace dusičnanů v povrchových vodách podle členských států EU
Fig. 6. Frequency diagram of average nitrate concentrations in fresh surface water classes (annual average nitrate concentrations in EU member states)

Výsledky a diskuse

Hlavním cílem nitrátové směrnice je chránit jakost vod v členských státech Evropské unie pomocí předcházení úniků dusičnanů ze zemědělských zdrojů do podzemních a povrchových vod. Ukazuje se, že opatření, která jsou nastavena pomocí jednotlivých akčních programů, a prosazování správné zemědělské praxe někde přinášejí své výsledky v podobě snižování znečištění zdrojů vod. Je patrné, jak nezbytné jsou kvalitní monitorovací programy a jejich vzájemná provázanost s vyhodnocováním účinnosti akčního programu a úzká spolupráce se zemědělci. Opatření akčního programu jsou každé 4leté období revidována a stále zpřísňována, ať už se jedná o období zákazu hnojení, limitů povolených dávek a způsobu hospodaření. Je nutné si ale uvědomit, že celý proces zlepšení jakosti vod má dlouhodobý charakter, a tak výsledky jsou zatím pouze pozvolné. Dílčí zlepšení je možné pozorovat například v oblastech, které mohly být v roce 2015 vypuštěny ze seznamu zranitelných oblastí, na druhou stranu ve výsledku došlo k opětovnému navýšení plochy zranitelných oblastí a z hodnocení trendů a tím také budoucího vývoje znečištění nevyplývá možnost zásadního zmenšení jejich rozsahu.

 hrabankova-7

Obr. 7. Zranitelné oblasti v roce 2012; zeleně jsou uvedeny vymezené zranitelné oblasti; modrou barvou jsou vyznačena území států, které se rozhodly uvažovat celé území jako zranitelné; oranžovou barvu mají území mimo Evropskou unii
Fig. 7. Vulnerable zones in 2012

Poděkování

Příspěvek vznikl na základě dlouhodobé činnosti podporované Ministerstvem životního prostředí a také díky práci mnoha kolegů z VÚV TGM, v. v. i., kteří se na implementaci nitrátové směrnice podíleli.

Posted by & filed under Hydraulika, hydrologie a hydrogeologie.

Souhrn

Článek se zabývá analýzou časových řad teploty vzduchu a srážek na meteorologické stanici Bučnice ve východních Čechách, kterou provozuje Výzkumný ústav vodohospodářský T. G. Masaryka. Je hodnocen průběh ročního a denního chodu obou veličin a analyzovány trendy obou veličin. Byla provedena typizace teploty vzduchu na základě rychlosti jejího růstu vůči maximu a minimu teploty.

Úvod

Výzkumný ústav vodohospodářský T. G. Masaryka, v. v. i., provádí dlouhodobě kromě hydrologických měření i meteorologická pozorování, a to na třech místech České republiky – ve východních Čechách v povodí horní Metuje (stanice Bučnice), v jižních Čechách (stanice Hlasivo – 10 km SV od Tábora) a v areálu VÚV TGM v Praze­‑Podbabě.

V tomto příspěvku budou představeny nejzajímavější výsledky z měření z jednoho z těchto míst – meteorologické stanice Bučnice.

treml-1

Obr. 1. Poloha stanice Bučnice (zdroj podkladové mapy: mapy.cz)
Fig. 1. Location of the Bučnice meteorological station

Meteorologická stanice Bučnice leží na hranici katastrálních území Teplic nad Metují (do kterého zároveň patří) a Adršpachu, jehož místní část Bučnice se nachází přibližně 100 m od areálu meteorologické stanice (obr. 1). Samotný Adršpach je necelé 2 km SZZ. GPS souřadnice stanice jsou 50°36‘37.356“ s. š. a 16°8‘57.635“ v. d.

Meteorologická stanice Bučnice leží v údolí nedaleko soutoku Bučnice s Metují, je obklopena výrazně vyšším terénem (ve všech směrech s výjimkou SV převýšení o 50 až 60 m na 300 m, na SV nejprve mírný nárůst nadmořské výšky, poté větší převýšení, celkově 90 m na 1,1 km, největší terénní překážku tvoří vrchol Lada 900 m SSZ od stanice s převýšením 130 m). Tento faktor je spolu s nadmořskou výškou 493 m a okolním zalesněným terénem hlavním klimatotvorným faktorem. Na stanici bývají v zimě měřeny jedny z nejnižších teplot v republice.

Údaje z meteorologické stanice Bučnice lze nalézt pod více názvy. Oficiální název stanice je Bučnice podle nedaleké místní části a potoka, který zde protéká. Název Bučnice je používán Výzkumným ústavem vodohospodářským T. G. Masaryka, v. v. i., a takto je uváděn ve všech studiích. Stanice je zapojena rovněž do pozorovací sítě Českého hydrometeorologického ústavu – tam je ale uvedena pod označením Adršpach-Horní Adršpach (H1ADRS01). Měření lze sledovat online na adrese: http://portal.chmi.cz/files/portal/docs/poboc/OS/KW/ Captor/tmp/DMULTI­‑H1ADRS01.gif.

treml-2

Obr. 2. Meteorologická stanice Bučnice
Fig. 2. The Bučnice meteorological station

Meteorologická pozorování byla pravděpodobně zahájena v 60. letech 20. století, avšak data jsou k dispozici až od 70. let 20. století. Dne 20. listopadu 1998 začalo automatické měření veličin po 15 minutách, od 25. 3. 2010 se přešlo na měření každých 10 minut.

V tomto příspěvku budou vyhodnoceny korigované měřené údaje ze 17letého období 1999–2015, z něhož byly k dispozici jak údaje pro možné hodnocení dlouhodobějšího časového vývoje (sezonní, roční, měsíční změny), tak i pro možné hodnocení mezidenních změn. Roční odvozené charakteristiky (průměr, minimum, maximum, kvantily) jsou odvozeny z ročních průměrů (tzn. ze 17 ročních hodnot), měsíční charakteristiky z měsíčních průměrů odpovídajících si měsíců (tzn. např. průměrná červencová teplota z 17 průměrných červencových teplot), denní charakteristiky z denních hodnot.

Kromě teplot vzduchu a srážek se na Bučnici měří i směr a rychlost větru, délka trvání slunečního svitu, radiace a relativní vlhkost vzduchu. Údaje o větru jsou ovlivněny polohou stanice, délka slunečního svitu nebyla v letech 2005–2009 měřena správně. Fyzicko­‑geografickou charakteristiku oblasti a analýzu hydrologické bilance lze nalézt v publikaci [1].

Teplota vzduchu

Trendy v denních, měsíčních a ročních teplotách

Průměrná roční teplota vzduchu je 6,46 °C (obr. 3), nejnižší 5,4 °C z roku 2010 (obr. 5), nejvyšší 7,8 °C z roku 2014 (obr. 4). Za sledované období 17 let (1999–2015) vzrostla průměrná teplota o 0,68 °C, tzn. v průměru o 0,04 °C za rok. Nejchladnějším měsícem byl leden 2006 s průměrnou teplotou -9,4 °C, nejteplejší červenec 2006 s teplotou 18,4 °C. Leden 2006 byl měsícem i s největší zápornou odchylkou teploty od průměru -6,9 °C (obr. 31), naopak leden 2007 byl nejteplejší, s kladnou teplotní odchylkou 5,2 °C. Nejteplejším měsícem je červenec s průměrnou teplotou 16,1 °C, nejchladnější leden s průměrnou teplotou -3,1 °C. Významné kvantily pro jednotlivé měsíce jsou znázorněny na obr. 9.

treml-3

Obr. 3. Průměrná roční teplota vzduchu v jednotlivých letech (zeleně vyznačen průměr za celé období)
Fig. 3. Average annual air temperature
treml-4
Obr. 4. Roční maxima teploty vzduchu v jednotlivých letech (zeleně vyznačen průměr za celé období)
Fig. 4. Maximum annual air temperature

 treml-5

Obr. 5. Roční minima teploty vzduchu v jednotlivých letech (zeleně vyznačen průměr za celé období)
Fig. 5. Minimum annual air temperature

Absolutně nejnižší teplota -31,5 °C byla naměřena 3. 2. 2012 v 6:30 hodin, nejvyšší teplota 34,4 °C byla změřena 8. 8. 2015 v 13:10 hodin. Nejnižší průměrná denní teplota -24,5 °C byla naměřena 3. 2. 2012 (tzn. ve stejný den jako absolutně nejnižší teplota), nejvyšší denní průměrná teplota 23,4 °C byla změřena 8. 8. 2013. Hodnoty nejvyšších teplot vzduchu se pozvolna zvyšují (obr. 4, tabulka 1), přičemž oteplování odpovídá i nárůst počtu charakteristických dnů s kladnou teplotou – nejvíce se projevuje u počtu dní s vyšší teplotou (tabulka 2 4, obr. 6). U počtu dnů s charakteristickou zápornou teplotou vzduchu (tabulka 24, obr. 7) převažoval do roku 2006 vzestup počtu dnů se zápornou teplotou, v následném období pak dochází ke značné variabilitě počtu chladnějších a teplejších dnů, tomu odpovídá i nejprve se snižující minimální hodnota teploty vzduchu v roce a následné výrazné meziroční kolísání minimální roční teploty vzduchu. Podrobnější vyhodnocení vývoje počtu vybraných charakteristických teplot v jednotlivých letech je uvedeno v tabulkách 24, v tabulce 1 jsou pak roční extrémy.

Tabulka 1. Extrémy teploty v jednotlivých letech
Table 1. Extremes in the air temperature

treml-tabulka-1

Tabulka 2. Počet dní s charakteristickou průměrnou denní teplotou v jednotlivých letech
Table 2. Number of days with the average characteristic temperature

treml-tabulka-2

Tabulka 3. Počet dní s charakteristickou maximální denní teplotou v jednotlivých letech
Table 3. Number of days with the maximal characteristic temperature

treml-tabulka-3

Pojmenování dnů: * tropický den, ** letní den, *** ledový den, **** arktický den

Datum výskytu nejnižší a nejvyšší teploty v roce, období největšího růstu a poklesu teploty, teplotní singularity

Nejnižší teplota vzduchu byla naměřena nejdříve 8. prosince 2013, nejpozději 27. února 2001, medián hodnot připadá na 24. ledna, průměr na 17. leden (souvisí s prosincovými minimy teplot). Nejvyšší teplota vzduchu byla změřena nejdříve 20. června 2002, nejpozději 26. srpna 2011. Průměrně se vyskytuje kolem 20. července, medián připadá na 21. červenec. Nejčastějším měsícem výskytu ročního maxima teploty je měsíc červenec (53 % případů), následuje měsíc srpen (29 %) a červen (18 %). Roční minimum teploty se nejčastěji vyskytuje v lednu (47 % případů), následuje prosinec (29 %) a únor (24 %).

V období mezi minimem roční teploty vzduchu a následným maximem roční teploty vzduchu teplota roste a v období mezi maximem roční teploty vzduchu a následným minimem roční teploty vzduchu teplota klesá. Růst i pokles teploty není stejnoměrný. Vyhodnotit změny v ročním chodu teploty vzduchu je možno více způsoby.

Nejjednodušeji je možno analyzovat změny v ročním chodu teploty vzduchu pomocí křivky sestrojené na základě kumulace součtu odchylek teploty vzduchu jednotlivých dnů od ročního průměru příslušného roku za celé období pozorování (obr. 8).

Tabulka 4. Počet dní s charakteristickou minimální denní teplotou v jednotlivých letech
Table 4. Number of days with the minimum characteristic temperature
treml-tabulka-4

Pojmenování dnů: * den s tropickou nocí, ** mrazový den

Nejnižší teplota v roce v tomto případě připadá na 24. leden, přičemž je patrný významný propad teploty vzduchu v období mezi 19. lednem a 5. únorem. Nejvyšší teplota vzduchu připadá na 29. červenec, přičemž v nejteplejším období v roce přibližně mezi 16. červencem a 8. srpnem nejsou výrazné výkyvy teploty. Na křivce růstu teploty vzduchu dochází k významnějším poklesům teploty oproti průměru v období od 19. do 28. března, mezi 4. a 9. dubnem, následně na počátku května nastává zpomalení růstu teploty, mezi 10. až 14. květnem pak výrazný pokles teploty (označován jako tzv. ledoví muži). Další singularita v chodu teploty nastává po 11. červnu, kdy dochází k dlouhodobějšímu zastavení růstu teploty. V tomto období převládá vlhké Z a SZ proudění, označované nesprávně jako letní evropský monzun, popř. jako Medard. Na sestupné fázi křivky teploty vzduchu je patrné zastavení poklesu teploty na začátku září (2.–12. září) a následně v období babího léta (mezi 19. zářím a 7. říjnem). Následně dochází k zastavení poklesu teploty mezi 13. říjnem a 7. listopadem. Krátkodobě dochází k zastavení poklesu teploty ještě mezi 11. a 18. listopadem.

treml-6

Obr. 6. Počet dní s maximální teplotou nad 30 °C (tzv. tropických dnů; zeleně vyznačen průměr za celé období)
Fig. 6. Number of days with the maximal temperature over 30 °C

 treml-7

Obr. 7. Počet dní s minimální teplotou pod -10 °C (zeleně vyznačen průměr za celé období)
Fig. 7. Number of days with the minimal temperature below -10 °C

Za významné singularity v teplotě vzduchu na Bučnici lze označit květnové a červnové ochlazení, babí léto a oteplení od druhé poloviny října do začátku listopadu. Ostatní odchylky v teplotě vzduchu jsou méně výrazné, a proto tato období nelze považovat za singularity. Jedná se i o vánoční oblevu, oteplení mezi 26. a 28. prosincem, které je srovnatelné s ostatními teplotními odchylkami v zimě či v jiných částech křivky. Tento poznatek souhlasí i se studií [2], kde autoři studovali výskyt vánoční oblevy na 43 různě položených stanicích v období let 1961 až 2008 a žádnou souvislost zde nenalezli.

Další možnou metodou k analýze ročního chodu teploty vzduchu je možnost využití metody součtových řad, která hledá období největšího růstu teploty (NRV) a období největšího poklesu teploty (NRP) na základě kumulovaného součtu mezidenních odchylek teploty vzduchu od průměru. Období NRV je období, v němž teplota vzduchu nejrychleji roste a období NRP je období, v němž teplota vzduchu nejrychleji klesá. Podrobný popis metody součtových řad je uveden v článku [3].

Podle polohy období NRV a NRP vzhledem k teplotnímu extrému (maximu nebo minimu teploty) lze provést typizaci extrémů na čtyři typy [4]. Pro označení jednotlivých typů extrémů jsou použita písmena V a U, kde písmeno V označuje rychlý vzestup (resp. pokles) teploty a písmeno U pomalý vzestup (resp. pokles) teploty před nebo po dnu extrému. Pro maximální teplotu jsou definovány následující čtyři typy extrémů:

  1. Typ VV – období největšího vzestupu teploty předchází dnu s výskytem nejvyšší teploty v roce a po dnu výskytu nejvyšší teploty v roce následuje období největšího poklesu teploty;
  2. Typ VU – období největšího vzestupu teploty předchází dnu s výskytem nejvyšší teploty v roce, po dnu výskytu nejvyšší teploty v roce nastává období s pozvolným poklesem teploty;
  3. Typ UV – nastává pozvolný vzestup teploty až ke dnu s nejvyšší teplotou v roce, po dnu s nejvyšší teplotou v roce následuje rychlý pokles teploty v období největšího poklesu teploty;
  4. Typ UU – před dnem výskytu nejvyšší denní teploty v roce nastává pozvolný vzestup teploty a po dnu výskytu nejvyšší denní teploty v roce nastává pozvolný pokles teploty vzduchu.

Obdobná typizace platí i pro minimální teplotu s tím, že se hodnotí poloha výskytu období největšího poklesu před minimem a období největšího růstu po minimu.

U maximální teploty vzduchu (obr. 11) převládal pozvolný typ UU (všechny případy), u minima typ, v němž buď před, nebo po dni minimální teploty následuje významný pokles teploty vzduchu (82 %) – ve 41 % případů převládal typ VU, ve 29 % případů typ VV, ve 12 % případů typ UV, pozvolný typ UU nastal v 18 % případů. Převaha typu, v němž buď před, nebo po dni minimální teploty následuje významný pokles teploty vzduchu, je dán advekcí chladného vzduchu. Ochlazení, které přitom nastává, je velmi výrazné (pokles průměrné denní teploty vzduchu během několika dnů o více než -10 °C). Pokud je pokles teploty před výskytem minima menší nebo vzestup teploty po výskytu minima menší, tak převažuje růst teploty v jiné části roku, navíc období NRV (NRP) trvá déle. Obdobné zastoupení jednotlivých typů extrémů je popsáno i v [4].

treml-8
Obr. 8. Průměrný roční chod teploty vzduchu
Fig. 8. Annual air temperature distribution

Období NRV nejdříve začalo 5. ledna a nejpozději 14. dubna, průměr a medián připadá na polovinu února (medián 12. únor, průměr 16. únor). Období NRV nejdříve skončilo 29. ledna a nejpozději 20. června, medián připadá na 24. únor a průměr na 13. březen (pozdější hodnota průměru je dána zejména velmi pozdními konci období NRV v letech 2008 a 2013). V roce 2008 trvalo období NRV od 25. března do 31. května, tzn. 68 dnů. Období NRP začalo nejdříve 4. listopadu a nejpozději 22. ledna, střední hodnoty výskytu připadají na 22. prosinec (průměr), resp. 23. prosinec (medián). Období NRP končilo mezi 8. prosincem a 3. únorem, kde medián hodnot připadá na 31. prosinec a průměr na 3. leden. Variabilita výskytu období NRV a NRP je ukázána na obr. 10.

treml-9
Obr. 9. Průměrný roční chod teploty po jednotlivých měsících (barevně ohraničeny hodnoty mezi 25 a 75% kvantilem, dělicí čára v této oblasti představuje hodnotu mediánu, tečkovanou čarou s ohraničením jsou zobrazeny hodnoty mezi 5 a 95% kvantilem, kolečky pak odlehlé nejmenší a největší hodnoty; obdobně jsou použity symboly i na obr. 20 27
Fig. 9. Annual air temperature distribution

Datum výskytu nejnižší a nejvyšší teploty během dne, období největšího růstu a poklesu teploty

Roční chod teploty vzduchu je jednoznačný – minimum teploty bývá v zimním půlroce, maximum v letním půlroce. V denním chodu zpravidla bývá (obr. 14) minimum ráno a maximum odpoledne, avšak zejména při malé denní amplitudě vzduchu či při přechodu front tomu tak být nemusí a může být minimum a maximum teploty kdykoliv během dne (obr. 12). Tyto případy jsou typické hlavně pro zimu, avšak ve výjimečných případech tato situace může nastat i v létě. Přestože je variabilita denních chodů teploty vzduchu značná, tak v měsíčním průměru ve všech případech převládá již obvyklý denní chod teploty (obr. 13) s ranním minimem mezi 4. a 8. hodinou ranní (minimum se vyskytuje před východem Slunce) a odpoledním maximem (mezi 12. a 16. hodinou).

 

treml-10
Obr. 10. Datum výskytu nejvyšší a nejnižší teploty v roce, období největšího růstu a poklesu teploty (datum výskytu nejvyšší teploty je zobrazeno jako přechod mezi zelenou a červenou barvou, datum výskytu nejnižší teploty jako přechod mezi bílou a červenou barvou)
Fig. 10. Dates of the highest and lowest temperatures of the year, the period of the biggest growth and decrease in temperature

 

treml-11
Obr. 11. Zastoupení jednotlivých typů extrémů v ročním chodu
Fig. 11. Representation of individual types of extremes

V zimě nastává při typickém denním chodu maximum dříve (většinou do 1 hodiny po kulminaci Slunce), v létě později (až 3 hodiny po kulminaci Slunce; v létě je Slunce výše, více prohřeje vzduch). V jednotlivých letech se průměrné měsíční chody teploty vzduchu mírně liší. Zprůměruje­‑li se denní chod teploty ze všech dnů v roce, pak je zcela vyhlazený a meziročně se nemění (shodný tvar jako na obr. 15), nejnižší teplota nastává po 4. hodině ranní a nejvyšší před
14. hodinou. Meziročně se liší pouze suma odchylek teploty od průměru.

 

treml-12a

a) Denní chod z 6. 1. 2011 v časovém intervalu 10 minut

treml-12b

b) Denní chod z 22. 3. 2015 v časovém intervalu 10 minut

treml-12c

c) Denní chod z 25. 8. 2015 v časovém intervalu 10 minut

treml-12d

d) Denní chod z 25. 1. 2008 v časovém intervalu 15 minut

Obr. 12. Příklady atypického denního chodu teploty vzduchu
Fig. 12. An example of an atypical distribution of air temperature

K analýze denního chodu teploty vzduchu je možno stejně jako k analýze ročního chodu teploty vzduchu použít metodu součtových řad, přičemž minimum a maximum teploty se nebude hledat v řadě denních teplot, ale v řadě 10 (resp. 15) minutových teplot. Období NRV se hledá mezi 10. a 20. hodinou a období NRP mezi 20. a 10. hodinou.

treml-13
Obr. 13. Průměrný denní chod teploty vzduchu v jednotlivých měsících roku 2015 v časovém intervalu 10 minut
Fig. 13. Average daily distribution of air temperature

Metoda součtových řad početně jiným způsobem dokazuje hlavní vliv výšky Slunce na denní chod teploty vzduchu (obr. 17). Dalšími faktory je charakter počasí (přechod front, bouřková činnost ap.) a oblačnost (zejména v zimním období při malé teplotní amplitudě).

treml-14
Obr. 14. Příklad typického denního chodu teploty vzduchu – denní chod teploty vzduchu z 9. 8. 2015 v časovém intervalu 10 minut
Fig. 14. An example of a typical distribution of air temperature

Vlivem těchto faktorů jednoznačně dominuje typ extrému UU (86 % u minima teploty, 83 % u maxima teploty), přičemž typ VV se vyskytuje pouze ve 2 % případů (obr. 16). Průměrná poloha období NRV a NRP přesně odpovídá nejstrmější části křivky průměrného denního chodu teploty.

treml-15
Obr. 15. Průměrný denní chod teploty vzduchu v roce 2015 v časovém intervalu 10 minut
Fig. 15. Average daily distribution of air temperature
treml-16
Obr. 16. Zastoupení jednotlivých typů extrémů v denním chodu
Fig. 16. Representation of individual types of extremes
treml-17
Obr. 17. Čas výskytu nejvyšší a nejnižší teploty během dne, období největšího růstu a poklesu teploty během jednotlivých dnů roku 2015
Fig. 17. Time of occurrence of the highest and lowest temperatures during the day, greatest period of growth and a drop in temperature across days of 2015

Srážky

Průměrný roční úhrn srážek je 730 mm, nejvyšší úhrn srážek byl naměřen v roce 2010 – téměř 913 mm, nejnižší 565 mm – v roce 2015 (tabulka 5, obr. 18, obr. 30). Průměrný počet dnů beze srážek (dnem beze srážek se rozumí den s nulovými nebo neměřitelnými srážkami do 0,1 mm; den se srážkou se rozumí den s úhrnem srážek větším nebo rovným 0,1 mm) je 162 dnů, což je přibližně 44 % všech dnů. Největší sucho, definované na základě počtu bezesrážkových dnů, bylo v roce 2011, beze srážek bylo 205 dnů, nejmenší pak v roce 2001, beze srážek bylo 134 dnů. Dochází k pozvolnému růstu počtu dnů beze srážek (obr. 19). Naopak počet dnů s úhrnem srážek nad 10 mm (tzn. včetně 10,0 mm) dlouhodobě nevykazuje změnu v trendu. V průměru se vyskytuje 18,5 dne se srážkami vyššími než 10 mm, což je obdobná hodnota jako medián (18 mm). Nejvíce dnů se srážkami nad 10 mm bylo v roce 2010 – 22 dnů, nejméně v roce 2015 – 12 dnů. Na Bučnici se nevyskytl žádný kalendářní měsíc zcela beze srážek, nule se blížil úhrn srážek v listopadu 2011 – úhrn 0,1 mm (beze srážek bylo období od 28. října do 29. listopadu, 30. listopadu v 16:00 bylo změřeno 0,1 mm, souvislé období se srážkami pak začalo 3. prosince). Úhrn do 10 mm (obr. 31) byl zaznamenán v 7 měsících, úhrn do 20 mm v 16 měsících. Nejvyšší měsíční úhrn srážek byl změřen v srpnu 2006 – 209,9 mm, což je jediný měsíc s úhrnem srážek nad 200 mm. Úhrn nad 100 mm byl zaznamenán ve 27 měsících. Při uvažování ročního chodu byl nejextrémnější únor 2002, kdy bylo naměřeno o více než 200 % srážek, než je v únoru obvyklé. Nejvyšší denní srážky byly 7. srpna 2006 – 61 mm.

treml-18
Obr. 18. Úhrn srážek v jednotlivých letech (zeleně vyznačen průměr za celé období)
Fig. 18. Total precipitation

Pro analýzu sucha je důležité porovnání úhrnu srážek s velikostí teploty vzduchu. Z tohoto hlediska byly roky s nejnepříznivější kombinací malého úhrnu srážek a nadprůměrné teploty vzduchu roky 2014 a 2015, v měsíčním hodnocení jsou období s nejmenšími srážkami a větší odchylkou teploty vzduchu (obr. 31) hlavně v zimních měsících. Z měsíců mimo zimní období byl úhrn srážek do 20 mm a odchylka teploty nad 3 °C pouze v jednom měsíci – říjnu 2000 (průměrná teplota 9,8 °C, což je o 3 °C více než je průměr, srážky 18 mm, což je o 60 % méně než je průměr).

treml-19
Obr. 19. Počet dnů beze srážek v jednotlivých letech (zeleně vyznačen průměr za celé období)
Fig. 19. Number of days without precipitation

Vzhledem k velké proměnlivosti srážek během jednotlivých dnů má smysl posuzovat roční chod srážek pouze na základě měsíčních srážkových úhrnů. Nejvíce srážek spadne v průměru v červenci (96 mm), nejméně v dubnu (38,5 mm), v únoru (43,1 mm) a říjnu (45 mm). V ročním chodu je výrazné maximum srážek v létě (květen až srpen s maximem v červenci) a podružné maximum v zimě (prosinec, leden), minima srážek pak na přelomu zimy a jara a na podzim. Letní hlavní maximum srážek a zimní podružné maximum souvisí se zesílenými návětrnými efekty JZ kvadrantu. Úhrny srážek v měsíci červenci jsou značně variabilní – směrodatná odchylka je 46,7 mm, rozpětí mezi 25% kvantilem (53,7 mm) a 75% kvantilem (149,6 mm) téměř 100 mm srážek. Měsíc červenec je i měsíc s nejvyššími denními srážkami – průměrně se vyskytuje alespoň 1 den se srážkou 26,1 mm, nejmenší maximální denní úhrny bývají v únoru (průměr 10,5 mm, maximum 26,6 mm). Ve většině měsíců tvoří maximální denní úhrn srážek necelou třetinu měsíčního úhrnu srážek – největší je tento poměr v průměru v červenci (34,5 %), nejmenší v lednu (24,3 %), přičemž v lednu je i v nejnepříznivějším případě tento poměr zhruba třetinový (33,7 %). Měsíc s největším počtem dní se srážkou je měsíc srpen (průměr 20 dnů, medián 18 dnů) a červenec (průměr 19,6 dnů, medián 21 dnů), měsíc s nejmenším počtem dnů se srážkou duben (průměr i medián 13 dnů), přičemž v měsíci srpnu byl nejmenší počet dnů se srážkou 15 dnů.

treml-20
Obr. 20. Roční chod srážek v jednotlivých měsících (zobrazen měsíční 5, 25, 50, 75, 95% kvantil, kolečky odlehlé hodnoty)
Fig. 20. Annual precipitation distribution

V srpnu se vyskytuje i nejvíc dnů s vysokým úhrnem srážek nad 10 mm – v průměru tři dny. Roční rozpětí mezi průměrným počtem minima a maxima počtu dnů se srážkami nad 1 mm je velmi malé – necelé čtyři dny. Nejmenší počet těchto dnů je v dubnu (7,6 dnů), největší v červenci (11,7 dnů). Z hlediska nejdelšího trvání srážky během jednoho dne u dne s nejdelším trváním srážky během jednoho dne během jednoho měsíce je toto období nejdelší v zimě – prosinec a leden v průměru kolem 50,3 % dne a nejméně v červenci 34,8 % dne. Podrobnější statistické vyhodnocení vybraných srážkových ukazatelů lze nalézt na obr. 20 27.

Tabulka 5. Vybrané srážkové charakteristiky
Table 5. Precipitation characteristics
treml-tabulka-5

Průměrný roční chod srážek je v souladu s literaturou. O jeho variabilitě v jednotlivých krajích podrobněji v [5]. V celkových úhrnech srážek jsou zahrnuty jak dny, v nichž dominují padající srážky, tak dny, v nichž převažují srážky vzniklé kondenzací vody. Díky nim může být denní úhrn srážek i 0,5 mm. Z tohoto důvodu se na Bučnici nevyskytl žádný měsíc, který by byl zcela beze srážek.

treml-21

Obr. 21. Maximální denní úhrny srážek v jednotlivých měsících (zobrazen měsíční 5, 25, 50, 75, 95% kvantil, kolečky odlehlé hodnoty)
Fig. 21. Maximum precipitation

Obdobným způsobem jako u teploty vzduchu lze přistoupit k analýze denního chodu srážek. Ten je vzhledem k ještě větší proměnlivosti hodnot nepravidelnější, nicméně z ročních úhrnů je denní chod již patrný (obr. 28). Vzhledem k možnému ovlivnění chodu srážkami z přívalových dešťů je vhodné denní chod o tyto epizody očistit (obr. 29). Na očištěných datech je jasné dopolední srážkové minimum (kolem 10. hodiny) a podvečerní maximum (kolem 18. hodiny).

treml-22

Obr. 22. Poměr mezi měsíčním úhrnem srážek a maximálním denním úhrnem (zobrazen měsíční 5, 25, 50, 75, 95% kvantil, kolečky odlehlé hodnoty)
Fig. 22. The ratio between monthly rainfall and maximum daily total
treml-23
Obr. 23. Počet dnů se srážkou (zobrazen měsíční 5, 25, 50, 75, 95% kvantil, kolečky odlehlé hodnoty)
Fig. 23. Number of days with precipitation
treml-24
Obr. 24. Počet dnů beze srážek (zobrazen měsíční 5, 25, 50, 75, 95% kvantil, kolečky odlehlé hodnoty)
Fig. 24. Number of days without precipitation
treml-25
Obr. 25. Počet dnů se srážkou vyšší než 1 mm (zobrazen měsíční 5, 25, 50, 75, 95% kvantil, kolečky odlehlé hodnoty)
Fig. 25. Number of days with precipitation over 1 mm
treml-26
Obr. 26. Počet dnů se srážkou vyšší než 10 mm (zobrazen měsíční 5, 25, 50, 75, 95% kvantil, kolečky odlehlé hodnoty)
Fig. 26. Number of days with precipitation over 10 mm
treml-27
Obr. 27. Procento srážek během dne s nejdelším trváním srážek v měsíci (zobrazen měsíční 5, 25, 50, 75, 95% kvantil, kolečky odlehlé hodnoty)
Fig. 27. Percentage of rainfall during the day with the longest duration of rainfall in a month

Závěr

Průměrná roční teplota vzduchu je na Bučnici 6,46 °C. Za 17leté období 1999–2015 se otepluje v průměru o 0,04 °C/rok. Celkové oteplování se projevuje zvyšováním počtu dnů v jednotlivých intervalech s teplotou nad 10 °C. Nejteplejším měsícem je měsíc červenec s průměrnou teplotou 16,1 °C, nejchladnějším měsícem leden s teplotou -3,1 °C. Nejčastějším měsícem výskytu ročního maxima teploty je měsíc červenec (53 % případů), následuje měsíc srpen (29 %) a červen (18 %), nejchladnějším měsícem je leden (47 % případů), následuje prosinec (29 %) a únor (24 %). Nejnižší teplota v roce se nejčastěji vyskytuje 24. ledna, přičemž je patrný významný propad teploty vzduchu v období mezi 19. lednem a 5. únorem. Nejteplejším obdobím roku je období mezi 16. červencem a 8. srpnem, v tomto období nejsou příliš výrazné výkyvy teploty. Průměr z výskytu maxim teploty studovaného 17letého období připadá na 20. červenec, medián na 21. červenec. Podle křivky sestrojené na základě kumulace součtu odchylek teploty vzduchu jednotlivých dnů od ročního průměru příslušného roku za celé období pozorování připadá maximum teploty na 29. červenec. Nejvýraznějšími teplotními singularitami je květnové ochlazení (v období mezi 10. až 14. květnem), červnové ochlazení po 10. červnu, babí léto (mezi 19. zářím a 7. říjnem) a oteplení od druhé poloviny října do začátku listopadu. Ostatní odchylky v teplotě vzduchu jsou méně výrazné. Nejvýraznější poklesy teploty vzduchu během roku nastávají v období vpádu chladného vzduchu kolem doby výskytu ročního minima. Denní chod teploty vzduchu ovlivňuje především poloha výšky Slunce nad obzorem, pokrytí oblohy oblačností a charakter počasí.

treml-28
Obr. 28. Denní chod srážek (sestrojený na základě sumy srážek pro 30minutové intervaly všech dnů celého období)
Fig. 28. Daily precipitation distribution
treml-29
Obr. 29. Denní chod srážek (sestrojený na základě sumy srážek pro 30minutové intervaly všech dnů celého období, přičemž v každém 30minutovém období bylo vynecháno pět největších srážkových epizod)
Fig. 29. Daily precipitation distribution – without 5 biggest rainfall episodes in every period
treml-30
Obr. 30. Odchylka ročních teplot a srážek od průměru
Fig. 30. Deviation from annual mean air temperatures and annual precipitation
treml-31a

a) Srovnání odchylek teplot oproti úhrnu srážek jednotlivých měsíců

treml-31b

b) Srovnání odchylek teplot oproti odchylkám srážek v témže měsíci (tzn. uvažován průměrný roční chod srážek)

Obr. 31. Srovnání měsíčních odchylek teplot a srážek
Fig. 31. Comparison of deviations in monthly temperature and precipitation

Průměrný roční úhrn srážek je 730 mm, nejvyšší roční úhrn srážek byl 913 mm (rok 2010), nejnižší 565 mm (rok 2015). Na Bučnici se nevyskytl žádný kalendářní měsíc zcela beze srážek, nule se blížil úhrn srážek pouze v listopadu 2011 (0,1 mm). Nejvyšší měsíční úhrn srážek byl naměřen v srpnu 2006 – 209,9 mm, což je jediný měsíc s úhrnem srážek nad 200 mm. Nejvyšší denní úhrn srážek byl 61 mm (7. srpna 2006). Průměrný počet dnů beze srážek je 162 dnů, což je přibližně 44 % všech dnů. V ročním chodu je výrazné maximum srážek v létě (květen až srpen s maximem v červenci – 96 mm) a podružné maximum v zimě (prosinec, leden), což souvisí s návětrným efektem terénu. Minima srážek připadají na přelom zimy a jara (duben – 38,5 mm, únor – 43,1 mm) a na podzim (říjen – 45 mm). Ve většině měsíců tvoří maximální denní úhrn srážek necelou třetinu měsíčního úhrnu. Měsíc s největším počtem dní se srážkou je srpen a červenec (kolem 20 dnů), měsíc s nejmenším počtem dnů se srážkami duben (13 dnů). Nejdelší trvání období s výskytem srážky během jednoho dne je v zimě (kolem 50 %), nejkratší v červenci (35 %). V denním chodu je patrné maximum srážek v podvečer (kolem 18. hodiny) a minimum dopoledne (kolem 10. hodiny).

Posted by & filed under Ze světa vodního hospodářství.

Úvod

V letošním roce mohl každý občan našeho státu zaznamenat vskutku význačné jubileum – sedmisté výročí narození Karla IV. Autor tohoto příspěvku původně zamýšlel zpracování právních vztahů k vodám, které by byly (jednoznačně) vymezeny obdobím vlády pouze tohoto panovníka. Zdánlivě by bylo možné říci, že „neexistuje žádný problém“. Avšak – Jan Lucemburský udělil již v roce 1333 svému synovi titul markraběte moravského – Karel byl s určitým časovým odstupem zvolen římským králem v úterý 11. července 1346 (poblíž městečka Rhens na levém břehu Rýna). Teprve později byl 26. listopadu 1346 korunován v Bonnu (kolínským arcibiskupem Walramem) a do Čech se vrátil v lednu 1347. Korunovace českého krále se konala až 2. září 1347 (provedl ji zcela nově ustanovený český arcibiskup Arnošt z Pardubic).

5282672

Karel IV. v mnohém na svého otce též plně navazoval (u řady námi zkoumaných listin bylo možné nalézt mnohdy velmi těsné souvislosti). Můžeme i konstatovat, že rovněž následovníci tohoto výjimečného vladaře (Václav IV. i Zikmund Lucemburský) postupovali zcela obdobným způsobem – v rámci „kontinuálního“ zajišťování tehdejšího platného právního řádu (převážně prostřednictvím písemného zveřejňování příslušných panovnických listin). Z uvedených důvodů jsme se proto pokusili tento náš příspěvek prezentovat pokud možno komplexně – tj. v celém časovém rozmezí vlády dynastie Lucemburků v zemích Koruny české.

Vydaná privilegia vymezující labskou vodní dopravu

Ještě před popisem právních vztahů ke splavným vodním tokům v období dynastie Lucemburků je zapotřebí uvést kratší poznámku o starších privilegiích upravujících uvedenou problematiku. Za již poměrně „věrohodnou“ (viz též Novotný, 1913, s. 105–106) lze označit rozsáhlou listinu (Friedrich, ed., 1907, s. 53–60; Novotný, 1913, s. 104; Erben, ed., 1855, s. 51–53; Blechová­‑Čelebić, et al., 2015, s. 7; Hrubý, 1936, s. 105–108) knížete Spytihněva II. – přiřazovanou k roku 1057. Šlo o donaci směřovanou k tehdejší kapitule, která byla založena při (dnes již nedochované) románské bazilice sv. Štěpána, vybudované na dnešním Dómském návrší v tehdejších administrativně, strategicky i obchodně významných raně středověkých Litoměřicích. Panovník písemně stanovil, že dvě části labského cla1 patří proboštovi, třetí pak bratřím (kanovníkům) – to byl povinen odvádět každý „z obyvatel této země“ (tj. z Čech), který dopravoval sůl (z Míšně) či též jiné zboží po vodě (Kotyza, ed. et al., 1997, s. 99; Hubert, 1996, s. 15). Odlišný způsob platby byl stanoven pro „cizince“. Postupně bylo v Litoměřicích příslušnými panovnickými listinami též vymezeno tzv. „právo skladu“ – to stanovilo povinnost vykládat zboží na vymezených místech a též předkupní právo litoměřických měšťanů (Hubert, 1996, s. 15). Na úvod této dílčí části našeho příspěvku je zapotřebí se též zmínit o tom, že první (již listinně doložené) právo na plavbu od Přemysla Otakara II. získal Mělník (Hubert, 1996, s. 15). Panovník povolil dovážet svobodně sůl a slanečky k tomuto městu na celkem čtyřech lodích (Čelakovský, ed., 1895, s. 59–61).

Král Jan Lucemburský následně potvrdil (s ohledem na již vydaná privilegia) litoměřickým měšťanům (v listině2 s datem 4. května 1325) jejich práva (tzv. „svobody“), která jim udělili předešlí čeští králové (Václav I., Přemysl Otakar II. a Václav II.). Též došlo k opětovnému přiznání výsady (práva) na sklad zboží dopravovaného po Labi (např. měšťané Ústí nad Labem neoprávněně skládali zboží v protilehlých Lovosicích). Čtenáře si dovolíme seznámit jen s velmi krátkým úryvkem3 (jak latinským zněním, tak i českým překladem) tohoto dokumentu (Čelakovský, ed., 1895, s. 229):

„Nos Johannes dei gracia Boemie et Polonie rex ac Lucemburgensis comes, ad vniuersorum noticiam volumus tenore4 presencium deuenire… volentes, ut ipsi ciues juribus, libertatibus et consuetudinibus Maydeburgensibus, quibus ab antiquo freti sunt, frui inantea perpetuo debeant et gaudere, et ad eos per omnes et singulas ciuitates regni nostri Boemie, que eisdem utuntur juribus, super dubiis sentenciis diffiniendis debeat haberi recursus, sicut hactenus fieri est consuetum; quodque oneraciones et exoneraciones nauium, rerum quarumlibet in aqua ductibilium, eo iure, quo ad eos antiquis temporibus pertinuit et adhuc de iure pertinet, debeant inuiolabiles permanere. [My, Jan, z Boží milosti český a polský král a lucemburský hrabě, chceme, aby z obsahu4 (této předkládané listiny) všem vešlo (toto) ve známost… chceme, aby samotní měšťané užívali práva, svobody a zvyklosti magdeburské, která od pradávna užívají – a těšili se z nich – a též všechna i jednotlivá města našeho Českého království, která užívají stejného práva, mohla se při sporných rozsudcích odvolávat (k Litoměřicím) – tak jak toto bylo doposud zvykem – a také, že má zůstat neporušené právo (povinnost) nakládání a vykládání lodí (v Litoměřicích), které vezou jakékoliv zboží, vhodné k převozu po vodě, podle práva, které jim od pradávna patřilo a doposud patří (tzv. ‚práva skladu‘).]“

Z pozdější doby se též dochovala listina, s datem 19. října 1352 (Čelakovský, ed., 1895, s. 477–483), ve které císař Karel IV. rozhodl spor mezi litoměřickými a mělnickými měšťany, který byl veden o plavbu na Labi. Panovník rozhodl tak, že mělničtí mohli směrem dolů vozit obilí na třech lodích (rovněž i jiné zboží), avšak při cestě zpět, když se poté plavili nahoru po Labi, mohly mít pouze dvě z nich náklad soli – na třetí pak bylo možné dopravovat jakékoliv zboží – kromě soli. Plavidla mělnických byla v Litoměřicích označována („cejchována“) – nebylo sice bezprostředně nutné tam „skládat“ zboží, povinnost platit clo však zůstala (Hubert, 1996, s. 17–18; Kilián et al., 2010, s. 84). Dovolíme si uvést jen část staročeského znění (jde o pozdější překlad5 původního latinského textu):

„My Karel z božie milosti římský král po vše časy rozmnožitel říše a v Čechách král… Také chcem, aby ti z Mělníka měli mieti tři lodě v takové mieře, aby oni s těmi lodími obilé po Labi doluov, a cožkolivěk by měli jiného, vezli a sobě ty lodě k užitku přivedli, jakž by oni najlépe vymysliti mohli. A když by oni po Labi zasě jeli, tehda, oni mohú těch tří lodí dvě solí aneb jinú kúpí naklásti takové, aby oni třetí lodi naložili, čímž by mohli jiným, kromě soli; neb my mieníme, nemohli­‑li by oni jiné kúpě najíti, tehda oni mají třetie lodě otbýti anebo tu třetí prázdnú zasě zhuoru po Labi vézti, než by suol na ně vezli. Také nemají ti z Mělníka žádné lodě doluov ani nahoru vézti, leč by prve od měšťan z Lithoměřic znamenány byly; jestliže by vezli neznamenanými lodími, tehda mají a mohú jě ti z Lithoměřic a jich moc zdvihnúti a staviti, jakož obyčej a právo jest. Také chcem, aby měštěné z Lithoměřic již řečené lodě znamenali vedle žádosti Mělnických první den, když by k Lithoměřicóm přišli, aneb ihned druhý den potom, oni vezte shuory neb nahoru; a jestliže by jiná to cechovánie jíti nemohlo, to oni osaditi a osvědčiti mají lidmi dobrými, a s tiem jeti tu jiezdu, a v tu mieru oni mají bezpečni býti bez hyndrovánie. Bylo­‑li by také, že by ti z Mělníka pro velikost vody neb že by voda malá byla neb jinak pro nechvíli ty lodě všecky anebo jich diel prodali aneb jě změniti chtěli, tehda mají jim Lithoměřičti ty nové lodě opět znamenati, buďte malé neb veliké, a s těmi oni budu moci vézti, jakož povědieno jest. Bylo­‑li by také, že by těm z Mělníka již dotčené tři lodě nebo jich diel sešly, když by zasě jely, aneb kterak zahynuly, že by oni toho kupectvie na těch lodích k zemi nemohli přivézti, tehda mohú oni jiné lodě opatřiti a s tiem zhuoru sě vézti takově, aby oni Lithoměřickým takovú příhodú v tom zasěvrácení oznámili a toho cejchovánie těch nových lodí na nich žádali, ty oni jim bez odmlúvánie znamenati mají, jakož prve dotčeno jest. Potom ti z Mělníka mají žádati Lithoměřických měšťan, aby skladu prázdni byli zhuoru neb doluov vezúc s již řečenými třmi lodími všelikterak, jakož dotčeno jest; ale clo jich dáti mají na těch miestecb, kdežto z práva povinni jsú.“

Doprava dřeva po vodě a jeho prodej

Jako velmi zajímavý dokument lze označit listinu krále Jana Lucemburského z roku 1316, ve které tento panovník právně vymezil prodej dříví v Podskalí (Čelakovský, ed., 1886, s. 22–25; Zíbrt, 1910, s. 5–6; Holec, 1971, s. 11). Měšťanům Starého Města (pražského) udělil tu výsadu, že plavec („vorař“), který připlul se stavebním dřívím, je nesměl první tři dni po svém příjezdu nikomu z Podskalí prodat. Musel je nabídnout pouze pražskému měšťanovi. Zároveň se nesměl ani měšťan, ani obyvatel z Podskalí pokusit jít vstříc k plavcům („vorařům“ – ve směru proti proudu Vltavy či Mže6 /nyní Berounky/) a koupit od nich dříví – dříve než by přistáli v Praze. Obdobně tomu bylo u palivového dříví. To se nesmělo prodávat „na vodě“ (pokud bylo ještě v řece) – povolen byl prodej až po jeho vytažení na břeh. Dovolíme si uvést jen vybranou část staročeského znění (pozdějšího překladu původního latinského textu):

„… Kterýž by koli prameny7 dříví jeden neb jich víceji po řece Vltavě připlavil a v Podskalí je přistavil, aby s takovými prameny za tři dni pořád zběhlý ode dne přistavení jich počítajíc tu stál, a žádnému z Podskalí takového dříví aby neprodával, než měštěnínu aneb měsťanuom předpověděného města našeho. A kdyžby ti tři dni pominuli a vyšli, budú moci podskalští taková dříví koupiti, a tak koupená za dva dni pořád zběhlá bezpečně sobě opatřiti a je jmíti. A hned po těch dvou dnech den nastalý před polednem, budeli to moci bejti, taková dříví z vody vytáhnúti a prodati budú moci komužkoli za slušné peníze. Též také ustanovujem, chtíce i tomu, aby ode všech na věčnost skutečně zachováváno bylo, aby žádnej z měštan, ani z podskalských, ani jinej žádnej, kdož pak koli, proti nižádnému, kdož by pramen neb prameny dříví po řece Vltavě, nebo Mži8 plavil, za příčinú kupování dříví nevycházel, a neb na jedné z těch dvou řekách, prvé nežliby ten plavec s tím dřívím k břehu přistavil, kupovati nesměl, aneb se o to nepokoušel, ale v lese9 dříví sekati aneb sekané kupovati jeden každý muož a jemu se propouští. Také ustanovujem a to též, aby ode všech bez proměny zachováváno bylo, chceme, aby naprosto žádnej v Podskalí aneb u svatého Valentína dříví ku palivu spuosobná na vodě prodávati aneb kupovati nemohl, jedné leč by prvé z vody vyvezena a na břeh vytažena byla, a to pod pokutou ztracení toho dříví, kdož by koli proti předpověděným10 rozkazuom našim toho čeho se dopustil, a prodávati neb kupovati směl. Neb to všeckno což výš položeno jest, chceme aby ode všech, na něž se vztahuje, ustavičně zachováno bylo.“

Pozdější listina téhož českého krále z roku 1325 pak potvrdila Starému Městu právo na sklad v Podskalí (Čelakovský, ed., 1886, s. 28–29). Každý plavec byl vždy povinen vytáhnout kmeny na břeh (viz též Jičínský, 1870, s. 71–72).

Splavnou byla i řeka Ohře – jako zajímavá lze označit privilegia vydaná jak královskému městu Žatci (1335), tak i královskému městu Louny (1341), která osvobozovala příslušné měšťany (pokud by se plavili s vory) od cla vybíraného na tomto významném vodním toku (Čelakovský, ed., 1895, s. 299–300, s. 353–354; Holodňák, ed. a Ebelová, ed., 2004, s. 125; Roedl, ed., 2005, s. 71). Existuje i zmínka o plavení dřeva po řece Labi obsažená v listině Karla IV. z roku 1375 (Čelakovský, J., ed., 1895, s. 299–300, s. 686–687). Panovník nařídil rychtáři a konšelům města Kolína nad Labem provést nezbytná opatření, která měla přimět opata Sedleckého kláštera k tomu, aby nadále neomezoval svobodné plavení dříví po Labi. Pokud by opat neuposlechl, pak mohli kolínští měšťané nechat dát odstranit zabraňující vodní díla – z pověření panovníka plně na náklad zmíněného kláštera. Uvedeme jen vybranou část staročeského znění (pozdějšího překladu původního latinského textu):

„… Poněvadž některá města království našeho českého veliká od nedostatku dříví nebezpečenství snášejí, že jim na Labi pro mnohé překážky tu činěné příhodně připlavovati nemohou, protož k naší povinnosti to přísluší všelijak chtějíce, abyšte nábožné oppata a konvent kláštera sedlického, nábožné naše, k tomu jménem naším spraviti, přidržeti a přivésti povinni byli, aby oni na svém Labi, jakož se praví jmíti, svým časem pro dodávání dříví, totižto vzdělajíce vrata, kteréž se obyčejně flutrynnen11 jmenují, všecky překážky zbořili, aby města naše dotčená nedostatku dříví od tohoto času nebyla takovým nebezpečenstvím poddána. Kdyby se pak přihodilo, že by tíž oppat a konvent v tom odbojni a neposlušni se nalezli, poroučíme vám tímto listem a přikazujeme do konce takové překážky skrze vás přetrhnouti a na škodu a náklad předřečených oppata a konventu napraviti, a jak by toho potřeba byla, činiti.“

Na závěr této dílčí části našeho příspěvku se zmíníme opět o Vltavě. Za velmi zajímavý dokument lze označit pozdější listinu Václava IV. z roku 1400, která mj. vymezila zvýšení vodního cla pod hradem Orlíkem (Kalousek, 1896, s. 291).

Vodní mlýny a jezy

Významnou českou institucí jak ve vrcholném12 a pozdním středověku, tak i v raném novověku byli tzv. přísežní zemští mlynáři. S ohledem na jejich ustanovení nelze opominout (latinsky psanou) listinu markraběte Karla13 (pozdějšího českého krále a římského císaře Karla IV.) z 19. května 1340 (Pátková, ed., 2011, s. 346). Zde bylo zcela nově zformulováno, že všem mlynářům podléhajícím pravomoci Starého Města musí být určena pevná a neměnná výška jezů (nikdo již neměl omezovat dalšího oprávněného uživatele při využití dříve existujícího a využívaného energetického potenciálu řeky). Uvedeme pouze dva kratší úryvky z této listiny14:

„… Plene15 sumus fidedignorum16 testimonio17 informati, qualiter cives18 vestre dicte19 civitatis molendina tenentes20 defectus et dampna21 pluries22 sint perpessi23 pro eo, quod ipsa vestra civitas Pragensis nullam determinatam24 hucusque25 habebat mensuram, per quam unum molendinum vestre civitatis sine dispendio26 alterius molendini debebat27 et poterat debito modo28 et proporcionabiliter elevari. [Byli jsme důkladně seznámeni s argumenty vážených konšelů (přísežných) – a to jak ti měšťané, kteří mají v držbě mlýny, musí často snášet (trpět) nesnáze i škody z toho důvodu, že vaše město Praha nemá doposud žádnou míru, podle které by příslušný mlýn vašeho města bez újmy na druhém mlýnu měl povinnost – a též mohl – přiměřeně zvýšit (jezem) hladinu (řeky).]“

57079550

Na výše uvedené znění navazuje následující latinský text:

„Nos, cupientes29 vestre civitati super30 huiusmodi31 defectibus32 salubriter33 providere34, vobis iudici35 et consulibus36 dicte37 Maioris Civitatis Pragensis, fidelibus38 paternis39 et nostris dilectis40, seriose41 mandamus42, omnino43 volentes nostre gracie44 sub obtentu45, quatenus46 freti47 regia48 ac nostra auctoritate49 unam mensuram communem50 et medium51 invenire52 sine dilacione53 qualibet debeatis, secundum quam tam divitibus quam pauperibus, tam superiora quam inferiora molendina tenentibus, equa iusticia54 secundum fidem55 vestram impendatur56 iuxta57 statum et condicionem cuiuslibet molendini, volentes omnino43, ut transgressoribus eiusdem regie48, nostre et vestre ordinacionis et statuti statim certam et gravem penam absque remissione qualibet infligere debeatis. [Přejeme si, ku prospěchu vašeho města, s ohledem na dané nedostatky, postarat se o (jejich) prospěšné odstranění; – (proto) vám, rychtářovi a konšelům (přísežným), výše (již) zmíněného (většího) Starého Města (pražského), oddaným, (zde) rodilým a Nám drahým, s vážností přikazujeme – zcela i to z naší milosti chceme, s ohledem na spolehlivost naší moci královské – abyste měli povinnost jakýmkoliv způsobem bezodkladně stanovit jednu veřejně platnou společnou míru58, kterou budou dodržovat jak bohatí, tak chudí a mlýny jak výše, tak níže položené, – a tomu se podle spravedlivého práva poctivě (svědomitě) věnovali, podle stavu a podmínek jakéhokoliv mlýna, chtějíce též zcela, aby přestupníci uvedené naší královské moci a vašich nařízení a ustanovení byli jednoznačně a přísně potrestáni bez jakéhokoliv prominutí trestu.]“

Nedlouho poté byla vydána i listina krále Jana Lucemburského (již psaná ve středohornoněmčině), ze dne 23. prosince 1340, potvrzující rychtáři a konšelům Starého Města zcela nedávno vydaný právní dokument jeho syna (Pátková, ed., 2011, s. 345–346; Čelakovský, ed., 1886, s. 60–62). Z původního dozoru přísežných mlynářů nad pražskými mlýny a jezy se kompetence postupně rozšířila na Vltavu jak pod Prahou, tak nad ní – mnohem později pak na převážnou část vodních toků v Čechách. Uvedeme jen kratší část z této listiny:

„Wir Johannes von gotes genaden chvnik59 ze60 Behem vnd graf ze60 Luczelburg tuen chunt61 offenleich62 an63 disem brief64, das vuer65 vns sint66 chomen67 vnser lieben getrewen68 richter69 vnd scheppfen70 vnser stat ze60 Prag, den71 si durch72 gemainen73 nucz74 habent lazzen75 schreiben, als wir oft geboten haben, das man das solt haben getan, vnd der brief64 loutet von wort zu wort also: [My, Jan, z Boží milosti český a polský král a lucemburský hrabě (hrabě v Lucembursku), dáváme touto listinou veřejně toto na vědomost, protože za námi přišli naši milí věrní – rychtář a konšelé (přísežní, ‚kmeti‘) našeho města (tj. Starého Města) v Praze, kteří se kvůli obecnímu užívání (tj. vody) usnesli napsat – (též) protože jsme byli často žádáni, že je zapotřebí něco učinit. Tento dopis (listina) má, doslovně (slovo od slova), toto znění:]“

„Wir Wenczlab genant76 Rokczaner77 richter69, Meinhart hern Wolframs78 svn79, Wenczlab hern Albrechts80 svn79, Nyclas Rost81, Peschyl Neumburger82, Elbel Waczinger83, Mertil hern Mathes svn79 von Eger84, Wolfel von dem Stein85, Thomas der Swarcz genant86, Jaksch Payer87, Meynel Rokczaner88 vnd Vla hern Johans89 gewantsneiders90 suen91, gesworn92 purger93 der stat ze60 Prag bechennen94 vnd tuen chunt61 offenlich62 an63 diesem prief95, das wir gesehen vnd geprueft96 haben, das di selbe vnser stat grozzen gebrechen97 leidet98 vnd geliden hat von sulchen sachen, das alle dye mvelen, dye vmb99 di stat gelegen sein, von der obersten vncz an63 dye nidersten, nieren100 ein maz101 haben oder ein gemezzen recht, dor102 an63 in103 genugen schul104 vnd dor102 vber nyemant greiffen105 geturre106, vnd das dem armen als vol107 vueg108 als dem reichen, vnd nach dem ein iglich109 man gepowen110 mueg auf das seyn alles, das er recht hat. [My, Wenczlab (Václav, Wenzel) nazývaný Rokycanský, rychtář, Meinhart (Menhart), syn Woframa (Olbrama), Wenczlab (Václav, Wenzel), syn Albrechtův, Nyclas (Nikolaus, Mikuláš) Rost, Peschyl (Peschel) z Nymburka, Elbel Waczinger, Mertil (Martin), syn (Matyáše – Matouše /Matthiase/) z Chebu, Wolfel (Wolff, Wolflin) von Stein, Thomas (Tomáš) Swarcz (Schwarz /nazývaný Černý/), Jaksch Payer (Bayer /Bavor/), Meynel (Meinlin) Rokycanský a Ula (Ulrich /Oldřich/), syn (Johanna /Jana/), kraječe suken, přísežní měšťané města (tj. Starého Města) v Praze, jsme seznali a dáváme touto listinou veřejně na vědomost, že jsme shledali a prozkoumali, že to samé naše město trpí i trpělo značně nedobrým stavem na základě té záležitosti, že všechny mlýny, které se nacházejí v okolí města, jak ty nejníže, tak ty nejvýše položené, nikde nemají míru (určenou výšku jezu) či stanovené oprávnění, takže to plně způsobuje značné (finanční) ztráty, které není schopen nikdo unést – a to jak bohatým, tak i chudým – protože kdokoliv (totiž) může vše (tj. především jez) postavit podle svého (s tím), že má na to právo.]“

S ohledem na vyměřený rozsah článku se jen ve stručnosti zmíníme o následující části této listiny. V ní bylo stanoveno, že má být celkem zvoleno osm přísežných osob, které by následně měly povinnost vyměřit jednotlivým mlýnům závaznou „míru“ (tj. výšku jezů). Jejich jmenování bylo dáno na základě jednoznačně stanoveného pravidla – čtyři členové se vybírali z celého souboru jak konšelů, tak ostatních měšťanů – čtyři pak byli doplňováni z řad pražských mlynářů (pokud s tím ovšem tito souhlasili). Osmičlenný sbor musel následně vždy povinně složit předem určenou přísahu. Každý, kdo přestoupil stanovenou míru (výšku), byl konšely peněžně potrestán111 (vždy na základě posudku uvedených /bylo by možné říci, že již vodohospodářských/ přísežných znalců). Výše pokuty se pak výrazně zvyšovala při opakovaném nedodržování daného rozhodnutí112. Mnohem později (až v roce 1454) byli do sboru začleněni i někteří mlynáři mimopražští. V roce 1479 jich bylo již dvanáct (osm z Prahy). Přísežní zemští mlynáři pak poté mohli (již sami) ukládat pokuty – získané finanční prostředky následně směřovaly do královské pokladny (Klempera, 2000, s. 10–11). Sami si (pro svou potřebu) stanovili rovněž platná technická pravidla nezbytná k posuzování výšky jezů, prahů a stavidel a osazování tzv. normálových kůlů (cejchů /sloužících ke kontrole dodržování výšky hladin v jezových zdržích/) tak, aby výše položené mlýny nebyly případně omezovány při využívání jim přináležejícího energetického potenciálu posuzovaného vodního toku (Hons, 1961, s. 16).

55161789

Český král a římský císař Karel IV. rovněž vydal v roce 1366 zajímavou listinu, ve které stanovil (s ohledem na ochranu obchodu v Praze), že na Vltavě mají být jezy vystavěny tak, aby byl vždy zaručen svobodný průchod pro vory a lodě („vrata široká dvacet pražských loktů“). Dále měla být veškerá cla (která byla dříve mnohdy libovolně stanovována) zrušena či omezena. Pouze se měl vybírat poplatek (mj. v souvislosti s Karlovým mostem /„Pražským mostem“/) na všech přívozech tři míle pod Prahou a nad ní („ve výši od nepaměti stanovené“). Podobně se měla upravit cla i na Mži113 (nyní nazývané Berounkou), Lužici a Otavě. Při sporech přináležela soudní pravomoc výhradně konšelům Starého Města (Čelakovský, ed., 1886, s. 134–142; Zíbrt, 1910, s. 8). Uvádíme jen vybrané části staročeského znění (pozdějšího překladu114 původního středohornoněmeckého textu):

„My Karel z boží milosti římský císař, po všecky časy rozmnožitel říše a český král115, známo činíme tímto listem všem vuobec… též i my to v skutku jsme uznali, kterak před mnoha léthy a slavné paměti vysoce urozeným Václavem prvním někdy králem českým, předkem naším, i za jeho časuov všecka a všelijaká kupectví, jaká pak koli aneb kterým koli jmenem ta vlastně jmenována býti by mohla, z města našeho Budějovic po vodě, jenž Vltava slove, do napřed psaného našeho i království našeho v Čechách hlavního města pražského svobodně bez všelijakých překážek plavena a odtud také do jiných měst již jmenovaného království našeho českého i také do vší země ku potřebám a požitku všem věrným a poddaným našim milým dodávána jsou byla. I jsme o tom od nich spraveni, že takové svobodě skrze někderé pány v výš psaném království našem českém překážka k veliké škodě vší zemi a obyvateluom v ní a to za příčinou vymyšlených a v nově usazených cel, též pro vzdělání některých jezuov se děje, tak že předdotčená kupectví a jmenovitě dříví, kteréž ku Praze plaveno bývá, na ublížení všem vuobec s velikú těžkostí se zdržuje, nás pokorně a poníženě prosíce, abychom je před takovými jich velikými a záhubnými ztížnostmi milostivě opatřiti ráčili. I vzhledše… přikazujeme: najprvé, aby při všech jezích, kteříž na Vltavě jsou, číž by ti kolivěk byli, to tak opatřeno bylo, aby v každým jezu vrata šíří dvadcíti loktuov pražských udělána byla, tak aby skrze takové všecky vrata Vltava rovný a svobodný tok anebo spád míti mohla a toho se potřebí obávati nebylo, aby kupectví, kdyby zhuory doluov padalo, pokaziti se mělo. Též míníme a chceme, aby to hned bez prodlévání a odporu všelikého předse vzato bylo. Dále chceme, ustanovujem a pod pokutami níže psanými přikazujem, aby ta všecka cla, kteráž na Vltavě po času předjmenovaného krále Václava, předka našeho, usazena jsou, konečně složena byla a nižádný týchž cel dávati povinen nebyl, neb my je mocí naší královskú v Čechách s dobrým vědomím zdviháme, rušíme a v nic obracujeme, vymieňujíce však níže psaná cla v Hluboké, v Újezdci, v Zvíkově, na Orlíku, v Kamíku, v Bráníku a na Vyšehradě, avšak taková cla vyměřujem a tímto zpuosobem vysvětlujem. Předkem v Hluboké usazujeme a chceme, aby z desíti dřev dlouhých nebo krátkých více nic než dva haléře dáváno bylo a což by koli jiného kupectví na témž dříví, by pak i drobné dříví bylo, to všecko beze všeho vyclení svobodné býti má. Také tomu chceme, aby v Újezdci od desíti dřev dlouhých dva haléře a od desíti malých neb krátkých, jakž se to jmenuje, jeden haléř cla bráno bylo a všecko jiné kupectví, kteréž by na něm plaveno bylo, to ve všem svobodné týmž zpuosobem, jakž výš při Hluboké doloženo jest, býti má. Potom pak v Zvíkově míníme a chceme, aby z desíti dlouhých neb krátkých dřev cla toliko jeden haléř brán byl a drobné neb malé dříví, kteréž na témž dlouhém neb krátkém se plaví, k tomu též jiné všecko kupectví aby všeho prázdné a svobodné bylo, jakž výš obsaženo. Dále v Orlíku jest vuole a oumysl náš, aby tu též clo nejináče než jakž v Zvíkově, pokudž na hoře vejslovně vymíněno jest, se vybíralo. K tomu chceme a ustanovujem, aby v Kamíku jeden pramen šedesáte kusuov neb voruov a každý vor deseth dřev držel, a od jednoho každého takového celého pramene toliko pět vídenských cla bráti se má. Jiné pak všeliké kupectví, kteréž by se na něm plavilo, má všeho osvobozeno býti. Také poroučíme a přísné pod uvarováním nemilosti naší, též pokutami níže psanými přikazujem, aby na jmenovaných i jiných vejš neb níže psaných clech žádný nutkán nebyl nětco protráviti a neb propíti nižádným zpuosobem. V Bráníku také ukládáme a chceme, aby z šedesáti dlouhých dřev jedno dlouhé dřevo a od dvadcíti voruov, kterýžto každý vor deset dřev krátkých držeti má, jedno dřevo krátké kanovníkuom na Hrad pražský bráno bylo. Potom také míti chceme, aby bylo na Vyšehradě týmž zpuosobem, jako i v Bráníku dříví cleno proboštovi, děkanovi i vší Kapitole vyšehradské s takovýmto doložením, aby k těm dřevuom, kteréž tak cla na Vyšehradě dávati budou ode dne svatého Jiří až do svatých Petra a Pavla, apoštoluov božích, toliko dva haléře dávali, po vyjití pak času a dne svatých Petra a Pavla k každým těm dřevuom, kteréž clíti budou, tři haléře dávati mají, a což by kolivěk jiného kupectví na témž dříví leželo, by pak i drobné dříví bylo, to všecko svobodné býti má. Také tomu chceme a přikazujeme, aby při všech clech a jezích na vodách, jakožto Mži, Lužnici a Ottavě, tím vším zpuosobem, jako na Vltavě výše psáno stojí, cla, brány a jezové držáni byli. Tolikéž míníme, chceme a přikazujeme, aby na již jmenovaných clech žádnej pro nižádnú věc, jakáž by ta koli byla, hyndrován neb naříkán nebyl nižádným zpuosobem, než jeden každý má právo své hledati, vésti i dokonati před jmenovaným purgmistrem a raddou našeho prv dotčeného hlavního města pražského v těch místech, jakž od starodávna to právem a chvalitebnou zvyklostí království českého držáno a přišlo jest, vymieňujíce ta cla, kteréž k mostu předjmenovaného našeho hlavního města pražského náležejí ve třech mílech na vodě vejše i níže téhož mostu na všech přívozích, jakž se obyčejně bére; taková všecka cla, jakážkoli jsou, jistým naším vědomím a mocí královskou v Čechách v celosti a plné mocnosti zanecháváme a bez přerušení zuostavujeme… Pakliby kdo proti tomu svévolně učinil, ten každý, kolikrátž koli svévolně proti tomu učiní, padesáte kop grošuov pražského rázu pravé pokuty propadne a té summy polovice do komory naší královské a druhá polovice již jmenovanému hlavnímu městu pražskému bez prodlévání připadnouti a položena býti má.“

Vedle vodních mlýnů postavených na pevných základech existovala i mlecí zařízení instalovaná na upoutaných říčních lodích – tzv. škrtnicích (uvedený název byl odvozen od toho, že /na rozdíl od náhonu/ bylo možné vodní kolo zastavit pouze postupným snižováním otáček – „škrcením“ /Klempera, 2000, s. 23; Klempera, 2002, s. 11/). Zřizovali je obvykle pekaři (Štěpán a Křivanová, 2008, 24; Klempera, 2000, s. 11–12). Důležitým dokumentem, který umožnil pražským pekařům využívat na řece Vltavě tato zařízení, byla listina krále Václava IV. z roku 1384 (Čelakovský, ed., 1886, s. 172–173). Uvádíme pouze pozdější staročeský překlad116 původní latinské listiny, která se bohužel v originále nedochovala:

„Václav z boží milosti král po všecky časy rozmnožitel říše a český král. Známo činíme tímto listem obecně přede všemi, kdož jej uzří anebo čtouce slyšeti bude, že vzhledna na znamenitou víru a stálou službu věrných našich milých purgmistra a konšelův i vší obce našeho Většího Města pražského, kterouž jsou někdy slavné paměti císaři Karlovi panu otci a předku našemu milému i nám také pilnou snažností se zachovávali a zachovati hleděli a v časech budoucích snažněji a pilněji budou se hleděti líbiti, když od nás milostmi a svobodami novými obdařeni jsouce, je požívajíc radovati se budou; protož s dobrým rozmyslem a radou knížat, věrných našich milých, s jistým naším vědomím, mocí naší královskou tuto novou milosť dáváme, aby purgmistr a konšelé i všechna obec Většího Města pražského mohli dáti a udělati škrtnice na člunech lodních, aby na vodě splejvaly tu, kdež by se jim dobře místo zlíbilo, kdyžby zběhové vodní velicí byli, aby jich mohli požívati ti, kteříž na prodaj rohačky a bělný chleby dobře dělati umějí, aby dostatek mohl býti pro lid chudší poběhlý. Tento list potvrzen jest pečetí majestátu našeho královského.“

Velmi zajímavým dokumentem, který vznikl v městském prostředí, jsou tzv. Soběslavská práva (případně Práva Starého Města /pražského/ – skutečný název, zapsaný v rukopisech byl: „Kusové z listů a z práv Velikého Města pražského“). Text se skládá ze dvou částí – první je domněle připisována knížeti Soběslavovi II. – druhá pak obsahuje vlastní staroměstské právo. Vznik této sbírky se předpokládá přibližně kolem roku 1440 (pravděpodobným zpracovatelem byl protonotář Mikuláš z Humpolce spolu s protonotářem Zdimírem ze Sedlce) – následně došlo ještě třikrát k jejímu přepracování (poslednímu v roce 1455). Při sestavování této výjimečné právní památky byly sice využity starší záznamy, nálezy rady a starší zvyklosti – úvodní ustanovení hovořící o „obdarování“ králem Janem Lucemburským je však zcela evidentním falzem – příslušná práva totiž nebyla nikdy žádným českým králem potvrzena (přesto se magistrát často podle nich řídil – a to až do 17. století /Erben, 1868, s. 315–316; Čelakovský, 1904, s. 4–7; Čelakovský, 1921, s. 134–143; Havránek, ed., Daňhelka, ed. a Hrabák, ed., 1964, s. 415–421/). Pro nás jsou zajímavá pouze dvě ustanovení (Erben, 1868, s. 325–326) – první z nich je následující:

„Nejmá ižádný mlynář výše vody držeti, než jakž jim konšelé s přísežnými mlynáři vyměřie. Pakli by kto výše držal, jmá pánóm deset kop dáti.“

Bezprostředně pak následuje:

„Nejmá ižádný jiný mlýnuov a jezuov súditi, než konšelé Pražští.“

Zemské právo a snaha Karla IV. o vydání obecně závazné kodifikace (Maiestas Carolina)

Kromě řady vydaných listin se Karel IV. pokusil též o kodifikaci zemského práva. Předtím než se uvedené problematice budeme podrobněji věnovat, si dovolíme uvést jen velmi krátkou zmínku o nejstarší naší právní knize (mj. psané již ve staročeštině) – jde o tzv. Knihu Rožmberskou. Jakékoliv ustanovení, které by přímo souviselo s povrchovými či podzemními vodami, zde nenalezneme – zajímavá je (bohužel jen nepřímo) pasáž117 obsažená v článku 279 (Brandl, 1872, s. 104; Palacký, ed., 1840, s. 482; Jireček, ed., 1870, s. 91 /zde jako článek 187/):

„… když kto jede neb jde bezprávnú cestú, nebo loví [šlo i o rybolov], nebo pase…“.

Nejvíce ambiciózním projektem (po obdobných /spíše „nesmělých“/ dřívějších pokusech krále Václava II.) bylo vydání poměrně rozsáhlé kodifikace zemského práva, která se původně nazývala (podle českého krále a římského císaře Karla IV.) Codex Carolinus. Teprve později (poněkud „nelogicky“) se vžilo označení Maiestas Carolina. Schválení tohoto dokumentu se však Karlovi IV. nepodařilo na zemském sněmu konaném v roce 1355 prosadit (Šmahel, ed. a Bobková, ed., 2012, s. 243–244; Vaněček, ed. 1984, s. 107–124). Zákoník nikdy nebyl přímo právně účinný (jen některá ustanovení byla později v soudní praxi občas užívána). S ohledem na historický vývoj českého vodního práva si dovolíme upozornit pouze na článek LVII118 (Palacký, ed., 1844, s. 137; Jireček, ed., 1870, s. 150–151; Karel IV., Mašek, ed. a Bláhová, ed., 2003, s. 206–207). Latinský text119 pojednává o tom, že po splavných řekách se v té době běžně plavily nesvázané klády – mnohdy z královských lesů nezákonně odcizené. Pro zajímavost uvedeme pozdější staročeský překlad120 (ve starší /dnes již nepoužívané/ transkripci staročeštiny /Palacký, ed., 1844, s. 137/):

„Purkrabiem našim a wladařom hraduow dolepsaných, nad wodami tekutými králowstwie našeho usazených, přikazujem, snažnú a pilnú stráži aby dnem i nocí jměli; neb mnohé lesy121, kteréž w lesích našich nám kradú, těmi řekami že plawie srozumiewáme, a potom bez našeho wedomie a rady to na swé potřeby obracují k škodě komory našie. Protož kdy mimo hrad neb twrz naši poplowů, ten kdož tu wládne, sám neb skrze jiného i lesy121 i ty lidi stawowati má, a inhed wznesa na nás zwlášť, tak dlúho je drž, donižby jiného od nás neměl u přikázánie, léčby otewřené listy naše okázali, aneb některá znamenie na to zwláště wydaná, skrze kterážto znamenie snad jim králowská Milost dopustila, aby ten les121 plawili; pod pokutú purkrabím swrchupsaným, jestližeby wědomě dopúštěli jíti lesóm121 proti úmyslu ustanowenie tohoto, aby úřad ztratili, a dwénásob nawrátili do komory králowy, začby ten les stál. Pakliby zmeškánie neb newědomím toho dopustil, tehdy pokutú, aby dwénásob zaplatil, začby ten les121 stál, buď tresktán, a jiné pokuty těm, ktožby; rúbali neb wozili lesy proti ustanowenie, ty w swé celosti pewny ostaňte.“

Toto velmi stručné ustanovení nás mj. (v rámci širší části pojednávající o ochraně královských lesů /Kreuz, ed. a Martinovský, ed., 2007, s. 19/) informuje o tom, že po větších splavných řekách se většinou smělo (byť asi ne vždy) plavit dřevo zcela „svobodně“ (viz též výše zmíněnou listinu z roku 1366).

Místo (v českých poměrech zjevně nerealizovatelné kodifikace) Maiestas Carolina následně vznikla v druhé polovině 14. století právní kniha s pozdějším českým názvem Řád práva zemského (Ordo iudicii terrae). Jakákoliv ustanovení mající přímou či jen nepřímou vazbu na právní vymezení povrchových či podzemních vod nebo jakékoliv „vodstvo“ zde bohužel nenalezneme (Palacký, ed., 1842, s. 481–517; Jireček, ed., 1870, s. 198–255; Malý, 1995, s. 25–26).

Pokud jde o období vlády krále Václava IV., zmíníme se již jen o jednom význačném dokumentu – Právech zemských českých (nešlo o zákoník ale o tzv. právní knihu) – byl vytvořen (především na základě vlastních zkušeností) dlouholetým nejvyšším zemským soudcem (sudím) Ondřejem z Dubé. S ohledem na tehdejší majetkoprávní pojímání drobných vodních toků zde nalezneme pouze ustanovení (obdobně jako i v tzv. Knize Rožmberské – viz výše), ze kterého (byť jen nepřímo) lze dovodit, že vodní toky musely být stále, i v této době, vždy integrálně zahrnovány do celkového nemovitého majetku dědin, na jejichž území se nalézaly (Čáda, ed., 1930, s. 150–151).

Závěrečné shrnutí

Dovolíme si je prezentovat zcela stručně. Autor tohoto příspěvku měl k dispozici celou řadu dokumentů, které však, s ohledem na redakcí vymezený rozsah textu, nebylo možné bezezbytku využít – především lze zmínit jistý „deficit“ u zde, bohužel jen stručně, pojednávané oblasti právních vztahů vymezujících tehdejší lodní dopravu. Tato problematika, byť související s již poněkud odlišnými právními vztahy k vodám v současnosti svým způsobem spíše jen „okrajově“, je velmi historicky i právně zajímavá – autor příspěvku si takto „předběžně dovolí“ čtenáře informovat o svém záměru se v dalších letech právě tomuto tématu podrobně věnovat (nejen ve vazbě na zde jednoznačně vymezené časové období – ale spíše naopak v rámci plné historické posloupnosti).

 

Poznámky

  1. Souhrnně lze slovy Jičínského (1870, s. 66) středověký majetkoprávní vztah k vodním tokům charakterizovat takto: „… Pokud jde o veřejný majetek na velkých řekách, pokládala se cla, výtoně a mýta vždy za důchod královské komory; vláda udělovala privilegia, vyjímala z cel města, kláštery, pány a many či zastavovala tyto důchody. Tento svrchovaný majetek neměl význam moderního pojmu – majetku veřejného; měl povahu finančního regálu…“ (viz též Vaněček, 1970, s. 74).
  2. Listina obsažena v konfirmaci privilegií litoměřických Karla IV. – Praha 25. srpna 1348 (za nápisem „Litera magestatis super confirmacione jurium Meydburgensium regis Johannis“). Český překlad je z 15. století v rukopisu sign. 24 G 12 (za nápisem „O práva, o sklad, o ládovánie, o krčmy, o řemesla“ /Čelakovský, ed., 1895, s. 234/). Dovolíme si uvést (pouze zde – tj. v poznámce) poměrně rozsáhlé, celé staročeské znění (Čelakovský, ed., 1895, s. 232–233): „My Jan boží milosti český a polský král a lucemburské hrabie, všem majestátem tiemto oznamujem, že my milých nám měštěnuov lithoměřicských užitky opatřiti a je ode škod, jakož to k nám přísluší, zachovati dobrotivostí královskú žádajíce, všecky věci osviecených kniežat, slavné paměti pánuov dřieve Václava, Otakara a Václava testě neb tchána našeho, předkuov našich, králuov českých, zápisy jim na kterážkoli práva, svobody a ohrady i obyčeje vydané a pójčené, kterýmžkoli popsáním jsú, a také všecky věci v nich zavřené, jakožto řádně a rozumně jim zapsány jsú, potvrzujem a pevný činíme, a jakožto by majestátové jich v tento vepsáni byli, obnovujem a jistým vědomím naším potvrzujem. Chtiece, aby oni měštěné práv, svobod a obyčejuov Maydburských, kterýchžto od staradávna požívali sú, i potom požívati měli věčně, a k nim ze všech měst a z každého zvláště královstvie našeho českého, kteráž týchž požívají práv, v svém pochybném rozsúzení mají mieti útočiště, jakož to dosavád bylo jest obyčejno; také všeliká naloženie a složenie na lodě a s lodie věcí všelikterakých na vodě plavíciech při témž právě, kterými k nim od starodávných časuov příslušelo a ještě z práva přísluší, bez přerušenie mají ostati. Též měšťany naše ústské podle listuov našich vydaných v pevnosti chcme ostaviti pod výmienkú takovú, jestliže by lodě své v Lovosicích neb miestech kterýcbžkoli, kromě na břehu před městem naším Lithoměřicským, naložili neb sklad učinili neboli jiné věci kteréžkoli tiem obyčejem, jakožto by jich byli, plaviece shledáni byli a právem přemoženi, že by práva dřiev řečených měšťanuov našich lithoměřicských v této straně některak rušili, tehdá jim měšťanóm svým Lithoměřicským jistým našim vědomím odpúštieme, aby v ty věci všecky slušně se uvázali [a] je k puožitkóm svým, k kterýmžkoli chtie, obrátili. Chcme nad to, že předřečeným měštanóm našim ústským na trhu města našeho lithoměřicského obilé a věcí kterýcbžkoli jiných kupovati a soli na vodě Labi doluov neb nahoru plaviti nesluší, leč prve to dřiev řečeným našim měštanóm Lithoměřicským vydáno bude ku prodání. Dopúštieme také, aby v kraji často řečeného města našeho Lithoměřicského v jedné míli na vše strany ani krčem ani sladovníkuov, řezníkuov, pekařuov, suknokrojičuov, ševcuov, krajčí ani kovářuov ani kteréhožkoli řemesla dělníkuov osazenie nebylo. Pakli by kto z takových proti nynějšiemu přikázáni našemu v dřiev řečené krajině osadě sě některé z dřiev jmenovaných remesl směl dělati, tehdy jim měštěnóm slušie všecky takové z kraje, jakž se jim zdáti bude, odlúčiti a k přikázání našemu přinutiti. Listy, ač které tomuto odporné dáti se nám udalo, žádné moci mieti nemají. Tomu na svědecstvie majestát tento pečetí naší větší utvrditi sme kázali. Dán v Praze léta božieho tisícieho třístého pětmezcietmého.“ S ohledem na tento staročeský text si dovolíme níže rovněž uvést novočeský překlad některých dnes již méně známých výrazů. Přědřečený adj.: přěderčený, přědeřčený značí: 1. vpředu řečený, již jmenovaný (přědpověděný), 2. (v čem ap.) předem oznámený; (o události) předpověděný, prorokovaný; sr. přědpověděný (http://vokabular.ujc.cas.cz/Staročeský slovník/). Suknokrojič značí toho kdo stříhá, „krájí“ sukno (http://vokabular.ujc.cas.cz/Elektronický slovník staré češtiny/). Odporný adj. značí: naproti postavený, protivný (http://vokabular.ujc.cas.cz /F. Šimek, Slovníček staré češtiny/ – viz též latinskou verzi litteras contrarias /ak./).
  3. Plné znění (pouze ve staročeštině) uvádíme v předešlé poznámce č. 2.
  4. Pražák, Novotný a Sedláček (1955 b, s. 548): „tenor“ = nepřetržitý pohyb, běh, proud, průběh, postup, způsob, ráz, tón, duch. Ve středověké latině pak tento výraz značí především: znění (listiny), smysl či obsah (dokumentu). Latinský internetový slovník (http://humanum.arts.cuhk.edu): „sense, contents, uninterrupted course, a holding fast“. Brinckmeier (1850, s. 611): „Fassung und Inhalt einer Urkunde“. Hlušíková (2009, s. 847): „tenor, -ōris… *zmysel, obsah: tenore praesentium zmyslom tohto listu“. Hledíková (2008): „tenore presencium – zněním tohoto listu, tímto listem (listinou)“, „tenor (litterae) – znění, text (listiny)“. Smolová (2011): „tenor, oris, m. – znění (listiny), běh, smysl, obsah“, „tenore praesentium – tímto listem, podle této listiny“. Na závěr uvedeme heslo z Ottova slovníku naučného (http://leccos.com/index.php/clanky): „Tenor, lat., nepřetržitý průběh; řada; smysl neb obsah (nějakého článku nebo spisu).“
  5. Jde o (poměrně starý) český překlad již z počátku 15. století (Čelakovský, ed., 1895, s. 482).
  6. Pouze pro zajímavost je vhodné uvést, že v popisované době byla Mží celá řeka od pramene až po ústí v dnešní Praze­‑Lahovicích (u Zbraslavi). Řeka byla Berounkou nazývána přibližně až v 17. století, šlo o úsek poblíž Berouna (říkalo se „řeka berounských“). Plzeňský kronikář Jan Tanner (/1623–1694/ – mj. významný člen jezuitského řádu a současník Bohuslava Balbína) jako Berounku označoval až tok za městem Berounem. V 18. století postupně docházelo k používání tohoto nového názvu i pro střední tok od Plzně. Za počátek Berounky byl postupně považován soutok Mže a Rakovnického potoka, později se začátek Berounky posunul až k soutoku se Střelou – nakonec pak k Úslavě.
  7. Pramen, -e m.: pramen, stružka, potůček; proud, tok; zdroj; větev, odnož, výhonek; větev rodu; provazec ze zkroucených vláken; vedení, vodítko; opora (http://vokabular.ujc.cas.cz /Malý staročeský slovník/); svaz plavidel, zvl. pramen vorů: rates; o drva k palivu do Prahy žádáme, aby tři plavy zjednal; aby plavci povinni byli to clo dávati z jednoho plavu anebo ploutvy, ale ne z každého voru… abych tři plavy lesu kúpil… dříví na tři prameny (http://vokabular.ujc.cas.cz /Staročeský slovník/).
  8. Viz poznámku č. 6.
  9. Les, -a, -u m.: les; dřevo, dříví; plavené dříví, vor (http://vokabular.ujc.cas.cz /Malý staročeský slovník/).
  10. Přědpověděný (adj. k přědpověděti): 1. [v textu] vpředu uvedený, výše zmíněný; [o osobě, místu] již jmenovaný, 2. v čem kým, ot koho ap. předpověděný, předem oznámený, prorokovaný; sr. přědřečený (http://vokabular.ujc.cas.cz /Staročeský slovník/).
  11. Pravděpodobně by v současné němčině šlo o Flutrinnen (povodňový kanál – sloužící k převádění velkých vod – etymologicky jde o spojení Flut /povodeň/ a rinnen /řinout se, téci/).
  12. Jak raný, tak i též (částečně) vrcholný středověk plně a bezezbytku pojednala Maříková (2005, s. 89–148).
  13. Listina byla vydána v Brně. V květnu téhož roku se Karel totiž nacházel spolu s Janem Jindřichem na Moravě (Spěváček, 1979, s. 146).
  14. Uvedený latinský text je poměrně obtížné přeložit (se znalostí pouze klasické latiny). Některé (v běžných slovnících obvykle nedostupné) výrazy (a jejich možné české ekvivalenty) proto (s ohledem na možné následné dohledání zvídavého čtenáře) poměrně podrobně níže uvádíme.
  15. Listina, zahrnutá do Liber vetustissimus Antiquae Civitatis Pragensis 1310–1518 (Pátková, ed., 2011, s. 346), je uvedena následovně: „Karolus, domini… regis Boemie primogenitus, marchio Morawie, fidelibus paternis et nobis dilectis… iudici, iuratis, totique communitati civium Maioris Civitatis Pragensis salutem cum plenitudine omnis boni.“ Emler (1892, s. 309) uvádí jen zkrácený (popisný) úvod: „Karolus, regis Boemiae primogenitus, marchio Morawiae, mandat juratis, civitatis Pragensis ut molendinis certam mensuram statuant.“
  16. Ve středověké latině výraz fidedignus označoval přibližně toho, kdo byl důvěryhodný – bylo možné mu plně věřit, byl ctěným, váženým a též pravdomluvným – šlo o důvěryhodnou osobu, která mohla vše rovněž dosvědčit věrohodným důkazem.
  17. Podle Kábrta (1996. s. 434) lze tento výraz přeložit do češtiny jako svědectví či svědeckou výpověď. V přeneseném smyslu pak ve středověku šlo i o důkaz (/der Beweis/ – možná též o argument nebo ústní či písemný doklad).
  18. Ve středověku tento výraz neoznačoval (v širším smyslu) občany – naopak (výhradně jen) měšťany.
  19. Výraz dictus (ve středověké latině často používaný) lze přeložit jako řečený, tento – resp. (výše) zmíněný (řečený).
  20. Podle příslušného slovesa (s ohledem na středověkou latinu) je zřejmé, že šlo o osoby, které měly dané nemovitosti v držbě.
  21. V daném kontextu jde o nedostatkyškody.
  22. V současné češtině tomuto výrazu (vyskytoval se /též i dosti zřídka/ pouze ve středověké latině) odpovídá adverbium často.
  23. Perpetior značí snášet, vytrpět, zakusit.
  24. Šlo o míru (výšku jezu) vymezenou, určenou či (pevně) stanovenou.
  25. Jde o ryze středověký výraz – bylo by možné jej přeložit ekvivalentem doposud.
  26. Šlo o často užívaný středověký latinský výraz – v dnešní češtině by značil ztrátu, újmu či škodu.
  27. Měl povinnost.
  28. Patřičným způsobem.
  29. Cupiō většinou značí (ve středověku v listinách) přát si (něco) – viz Smolová (2011).
  30. Ve středověké latině (v ablativní vazbě) – týkající se (něčeho).
  31. Huiusmodī (neskloňuje se) odpovídá zájmenu tento (Smolová, 2011).
  32. V daném kontextu jde o nedostatky (i nesnáze) – viz poznámku č. 21.
  33. Pražák, Novotný a Sedláček (1955 b, s. 430) uvádějí: „salūbriter, adv. (saluber) a) zdravě, ke zdraví, b) prospěšně, s prospěchem“.
  34. Kábrt (1996, s. 348): „prōvideō, ēre, vīdī, vīsum vidět vpřed, předvídat; být prozíravý, obezřelý; pečovat, starat se: providere rei publicae starat se o stát; obstarávat: frumentum exercitui providere obstarávat obilí pro vojsko“. Hledíková (2008) též uvádí: „de iuris remedio providere – postarat se o zjednání práva“. Toto sloveso bylo často používáno ve smyslu obstarat, zařídit někomu obročí (beneficium).
  35. Jde o (královského) rychtáře (Smolová, 2011; Čelakovský, 1921, s. 2).
  36. Ve středověku byli konšelé označováni latinským výrazem consules (nejdříve jen v listinách panovnických /Čelakovský, 1921, s. 13/). Stejné osoby jsou v pramenech nazývány též jako iurati (jurati), socii, gesworn – v německy psaných listinách pak lze nalézt především označení schep(p)fen [kmeti]. Přísežné ustanovoval vždy český král tím způsobem, že mu býval např. navržen třikrát větší počet nominovaných – král pak oficiálně jmenoval jen užší výběr (Tomek, 1892, s. 269).
  37. Viz poznámku č. 19.
  38. Kábrt (1996, s. 184): „fidēlis, e věrný, spolehlivý, oddaný; poctivý, upřímný; věřící, pravověrný“. Ve středověké latině především pak věrný, oddaný, věřící (Smolová, 2011).
  39. Zde spíše jen v přeneseném smyslu – tj. rodný, domácí (Hlušíková, 2009, s. 601).
  40. Kábrt (1996, s. 140): „dīlectus, a, um (vl. part. pf. pass. od dīligō) oblíbený, milý, drahý“. Ve středověké latině šlo především o synonymum ke cārus či amātus.
  41. Synonymum ke graviter (vážně, důležitě, významně, s vážností).
  42. Kábrt (1996, s. 273): „mandō, āre, āvī, ātum odevzdat, svěřit“. Smolová (2011): „mandō, āre, āvī, ātum – přikazovat, svěřovat“.
  43. Kábrt (1996, s. 306): „omnīnō celkem, vůbec, zcela, úplně, dočista; ovšem“. Hledíková (2008): „omnīnō – vůbec“.
  44. Klas. lat.: „grātia“. Kábrt (1996, s. 200): „grātia, ae, f. půvab, vděk, krása; oblíbenost, přízeň, vliv, vážnost; in gratia esse být v oblibě, v přízni; přátelství, láska; laskavost, milost; de gratia Dei z milosti boží; vděčnost, dík“. Smolová (2011): „gratia, ae f. – milost, dík“.
  45. Internetový slovník (http://www.zeno.org/Georges-1913) uvádí: „2. obtentus, ūs, m. (obtineō), die Behauptung [tvrzení, udržení, uhájení, zachování]“. Hlušíková (2009, s. 569): „obtentus, -ūs, m. /obtineō/ 1. obdržanie, udržanie, 2. tvrdenie“. Synonymem pro slovní spojení „sub obtentu“ však bylo „ratione [z důvodu, kvůli] alicuius rei [jakékoliv záležitosti]“.
  46. Podle Pražáka, Novotného a Sedláčka (1955 b, s. 363) quātenus značí pokud, jak daleko, až kam, ježto a též aby (spoj. účel. a snah. /v pozdní a středověké latině/). Hledíková (2008): „quatinus, quatenus – (spojka účelová) aby“, „precipere, quatenus – nařizovat, aby“.
  47. Smolová (2011): „fretus sum aliqua re – spoléhám na něco, zakládám si na něčem“. Samotné adjektivum fretus značí: důvěřující, spoléhající se, mající oporu, jistý. Smolová (2011): „fretus + abl. – spoléhaje na“.
  48. Kábrt (1996, s. 47): „… auctoritate regia – z moci královské“. Pražák, Novotný a Sedláček (1955 b, s. 392): „regia, ae, f. a) královský palác, královský hrad, sídelní město, královské sídlo; někdy jen královský stan, b) královský dvůr, královská rodina, královská hodnost“ (poznámka: též i königliche Herrschaft /vláda, vladařství, panování/).
  49. Smolová (2011): „auctoritās, ātis – f. vážnost, pravomoc“, „auctoritate regis Bohemiae – z pravomoci krále českého“, „iussu et auctoritate – z rozkazu a moci úřední“.
  50. Kábrt (1996, s. 89): „commūnis, e – společný, obecný“.
  51. Hlušíková (2009, s. 514): „… 2. verejnosť, verejné dobro: in medium aliquid proferre niečo vyhlásiť na verejnosti, verejne oznámiť, in medio ponere predostrieť na verejné rozhodnutie… res in medio posita spoločný majetok“.
  52. Smolová (2011): „invenio, ire, veni, ventum – najít, nalézt, shledat, vynalézat“. Zachová (1994, s. 82): „inveniō, īre, vēnī, ventum – najít, shledat, vynalézat“.
  53. Hledíková (2008): „absque dilacione – bez odkladu“. Smolová (2011): „ulteriori dilacione postergata – bez dalšího průtahu“.
  54. Pražák, Novotný a Sedláček (1955a, s. 741): „iūstitia, ae, f. (iustus) spravedlnost, spravedlivost, spravedlivé jednání“. Smolová (2011): „iustitia – spravedlnost“. Internetový slovník (http://www.zeno.org/Georges-1913) navíc ještě uvádí: „iūstitia, ae, f., I) subjektiv = die Gerechtigkeit, das Billigkeitsgefühl, die Billigkeit, – II) objektiv = das Recht als Inbegriff [ideál, souhrn, úhrn] der Gesetze“.
  55. Kábrt (1996, s. 184): „fidēs, eī, f. víra, důvěra: fide maius věc větší než víra, přesahující víru, víře nepodobná; habere fidem mít důvěru, dávat víru; věrnost, oddanost, poctivost, čest, svědomitost: bonae fidei (gen.) esse být čestný, svědomitý; cum fide poctivě, čestně… věrnost, pravdivost, hodnověrnost, jistota, důkaz; ex fide podle pravdy, hodnověrně…“.
  56. Hledíková (2008): „impendare et superimpendari – vynaložit (úsilí) a vynaložit i sám sebe“. Smolová (2011): „impendo – vynaložit“.
  57. Zachová (1994, s. 83): „iuxtā vedle, podle“. Smolová (2011): „iuxta + 4. p. – podle, vedle“. Velmi podrobný internetový latinsko­‑německý slovník (http://www.zeno.org/Georges-1913) též uvádí: „iūxtā (verwandt mit iungo)… nach, gemäß“.
  58. Viz poznámku č. 24.
  59. Lexer (1872, s. 1 774): „künic, künec, -ges… König… syncop. künc, md. kunic, kunig mit voller endung kuninc, kuning…“ (viz též Bok, 1995, s. 88).
  60. Bok (1995, s. 160): „ze, praep. – v, k“. Lexer (1876, s. 1 036): „ze, zuo… räuml. bezeichnet es ein räumliches Ziel der Bewegung od. ein Ziel unräumlicher
    u. unsinnlicher tätigkeit sowie den Punkt des Verweilens: zu, in, an, bei“.
  61. Lexer (1872, s. 1 782): „… kunt tuon – ohne od. mit dat. bekannt machen, sagen, zeigen, zuteil werden lassen…“. Viz též kuntlichen = zřejmě, veřejně (Bok, 1995,
    s. 88).
  62. Lexer (1876, s. 146): „offen­‑lich adj. – offenbar, allen wahrnehmbar oder verständlich, unverholen…“. Bok (1995, s. 103): „offenlich, adj. – veřejný“.
  63. Lexer (1872, s. 57): „ane, an… 2. präp. a, räumlich: an, auf, in, gegen (mit dat. od. accus.), b, zeitlich: in, an (mit dat.), bis an (mit accus.), auch bei zeitl. adv. an heute heute, an gestern gestern, c, abstracte Verhältnisse ausdrückend (mit dat. od. acc.): an, in, von, mit…“.
  64. Bok (1995, s. 47): „brief, der – listina“.
  65. Bok (1995, s. 152): „fur, für, praep. – pro, za“.
  66. Bok (1995, s. 119): „sint (seit, seint, sent)… poté, potom; od; potom co; když; protože“.
  67. Ve středověku existovala u tohoto slovesa velmi různorodá transkripce (Lexer, 1872, s. 1 668–1 669).
  68. Lexer (1872, s. 949): „ge­‑trûwen, ge­‑triuwen, ge­‑triwen, ge­‑trouwen, getrawen… glauben, anvertrauen; zutrauen, creditieren; sich zutrauen“. Bok (1995, s. 70): „getreu (getrawe, getrewe), adj. – věrný“.
  69. Rychtář (Bok, 1995, s. 110). Byl též i předsedou sboru přísežných (Tomek, 1892, s. 271).
  70. Viz poznámku č. 36.
  71. Lexer (1872, s. 949): „danne, denne, dan, den… daher, deshalb, davon; woher, weshalb, wovon“.
  72. Kvůli.
  73. Bok (1995, s. 66): „… obecný, všeobecný, obecní“.
  74. Bok (1995, s. 102): „nutz, der – užívání, užitek, požitek, majetek“.
  75. Internetový slovník (http://woerterbuchnetz.de/): „lâzen… lassen“. Lexer (1878, s. 293): „lâzen… mit einem verabreden“.
  76. Lexer (1872, s. 949): „ge­‑nant, ge­‑nante part. adj.; genannt, bestimmt“.
  77. Tomek (1892, s. 607): „Václav Rokycanský 1337–1342“ (některé níže uváděné Tomkovy české verze /překlady/ působí /bohužel/ mnohdy velmi „násilným“ dojmem).
  78. Tomek (1892, s. 611): „Menhart syn Olbramův“ (všichni následně jmenovaní přísežní /konšelé, kmeti/ existovali v období 24. 1. 1340–21. 3. 1341 /tedy v době sepsání zde pojednávané královské listiny s datem 23. 12. 1340/).
  79. Bok (1995, s. 123): „sun, der – syn“ (tj. der Sohn).
  80. Tomek (1892, s. 611 /následně uváděná jména se nalézají tamtéž/): „Václav syn Albrechtův“.
  81. Mikoláš Rost.
  82. Petr z Nymburka (dle našeho názoru se zde Tomek mýlí – křestní jméno Peschyl /Peschel/ spíše souvisí s francouzským Pasquale /viz http://www.vorname.de/ – šlo možná o kolonistu až z Alsaska). Internetová databáze (http://www.beliebte­‑vornamen.de/) uvádí: „Peter (Petter, Petterlen, Peyr, Pett)“.
  83. Eiblin Wacinger (opět si s Tomkem dovolíme nesouhlasit – Eiblin je spíše ženským jménem).
  84. Mertlin Matoušův z Chebu. Databáze (http://www.beliebte­‑vornamen.de/) pak podrobně uvádí: „Martin (Mertin, Mertein, Merten, Marten, Mertten, Marte, Merte, Mertlin, Merthein, Mertlein, Marthes)“.
  85. Wolflin od Kamene. Internetová databáze (http://www.beliebte­‑vornamen.de/): „Wolff (Wolf, Wolfflin, Wölfflein, Wolffel, Wollff, Wolfflein)“.
  86. Tomáš Černý.
  87. Jakeš Bavor.
  88. Meinlin Rokycanský.
  89. Oldřich syn Jana kraječe suken. (Tomek /1892, s. 611/ – též i poznámky výše). Databáze (http://www.beliebte­‑vornamen.de/): „Ulrich (Ullrich, Ullrych, Ulrych, Ul, Ullin, Ull, Ulle, Ullen, Ullein, Urrich)“.
  90. Internetový slovník (http://woerterbuchnetz.de/): „gewantsnîder – Tuchausschneider, Tuchhändler“. Šlo o tzv. kraječe suken (obchodníka) – prodávajícího převážně drahá dovážená sukna (Tomek, 1892, s. 335).
  91. Písař uvedené listiny má v mnoha případech „rozkolísaný“ pravopis – viz poznámku č. 79.
  92. Viz poznámku č. 36.
  93. Bok (1995, s. 47): „burger, der – měšťan“.
  94. Bok (1995, s. 39): „bekennen, v. – vyznat, vyznávat“. Podrobněji pak Lexer (1872, s. 163): „be­‑kennen… kennen, erkennen… Bescheid wissen, zur Erkenntnis kommen“.
  95. Opět nejednotnost pravopisu – viz poznámku č. 91.
  96. Lexer (1872, s. 759): „prüeven, brüeven, brüefen… beweisen, erweisen, dartun, schildern; bemerken, wahrnehmen; erwägen, schätzen (taxare); berechnen, nachzälen, zälen; erproben; erwägend veranlassen, hervorbringen, anstiften, zurecht machen, bewirken, rüsten u. schmücken entwickelt haben“. Etymologicky lze doložit (přes starofrancouzštinu) vznik z latinského probare [též i zkoumat, prozkoumat].
  97. V současné němčině značí das Gebrechen chorobu, nedostatek, neduh, závadu. Bok (1995, s. 63): „gebrechen, das – nedostatek, špatný stav, škoda“. Lexer (1872, s. 759): „ge­‑brëchen stn. not [potíž, bída, nedostatek, nezbytnost, nouze, trápení, těžkost], mangel [nedostatek, vada, závada, defekt, deficit]“.
  98. Bok (1995, s. 91): „leiden… snášet, trpět“.
  99. Lexer (1876, s. 1 721): „umbe präp. u. adv. – auch unbe, umb, ump, ümbe, umme ümme, um üm… 1. präp. mit acc. um, im kreise, räuml“.
  100. Bok (1995, s. 101): „nieren, nierent, nirgent, adv. – nikde; nikam; nirgen anders nikam jinam“.
  101. Bok (1995, s. 95): „mass, die – míra; máz…“. Lexer (1872, s. 2 064): „mâz stn. – eine bestimmte quantität“.
  102. Lexer (1872, s. 449): „dôr =dô“. Lexer (1872, s. 449): „dô adv. temp. bisweilen duo u. seit dem 14. Jh. oft mit dâ verwechselt; allgem. u. zwar 1. demonstr. da, damals, darauf; einen gegensatz einführend: aber, doch; oft nur den Fortschritt der Rede bezeichnend; 2. relat. als; dôr als er, dôs als sie; 3. fragend wie dô? wie nun?“. Bok (1995, s. 50): „do, adv. konj. – tehdy, kdy, kde, když“.
  103. Dle všeho jde o středohornoněmecké inne. Lexer (1872, s. 1 438): „inne räuml. adv. ine… als präpos. mit gen. innerhalb: inne des, demonstr. u. relat. indessen, unterdessen…“.
  104. Lexer (1876, s. 810): „schul = schulde“. Lexer (1876, s. 810): „schulde, schult… ist im allgemeinen das Verhältnis dessen, der für etwas als urheber einsteht, daher entweder die Verpflichtung zu Busse, Ersatz, Strafe oder auch das Verdienst: Verpflichtung etw. zu geben, das zu gebende, Geldschuld (zu zalende od. zu fordernde), lat. debitum“. Bok (1995, s. 116): „schuld, die – závazek, dluh, vina“.
  105. Bok (1995, s. 73): „greifen (an etwas) – sáhnout na něco, napadnout něco – greifen (in etwas) zasahovat do něčeho…“
  106. Internetový slovník (http://woerterbuchnetz.de/): „ge­‑dûren, ge­‑tûren – aushalten, stand halten“.
  107. Lexer (1878, s. 433): „vol, volle, vollen adv. vollständig, gänzlich“.
  108. Způsobit (něco).
  109. Každý, kdokoliv.
  110. Evidentně jde o současné německé sloveso bebauen.
  111. Otázkou zůstává, kolik přestupníků bylo skutečně potrestáno. Listina má datum 23. 12. 1340. Lze předpokládat, že sbor byl ustanoven až někdy v průběhu jara či léta 1341. Hned na počátku následujícího roku (3. 2. 1342) byl Juditin most stržen extrémní povodní (Svoboda, Vašků a Cílek, 2003, s. 185–187). Samozřejmě nejen on – i většina mlýnů a jezů (mnohem podrobněji než výše uvedená publikace o této etrémní události pojednává Tomek /1892, s. 579–580/). Na závěr této poznámky si dovolíme uvést vlastní „historickou anekdotu“ – přestupníky následně již nikdo z konšelů trestat nemusel (vše plně zařídil „ten nahoře“).
  112. Pokuta uložená konšely napoprvé činila 10 kop – tj. 600 (60×10) pražských grošů („… so sol der schuldig czehen schok grozzer zvm ersten mal zv puez geben an dye stat“). Po další (druhé /opakované/) stížnosti (pokud nebylo původní rozhodnutí dodrženo) se pokuta zvýšila na hodnotu 1 200. Napotřetí pak musel viník zaplatit 1 800 pražských grošů – byl mu též konšely (ve stejném roce) zcela zakázán i provoz mlýna.
  113. Viz poznámku č. 6.
  114. Kniha privilegií Staroměstských č. 202 list 14 v Archivu hlavního města Prahy za nápisem: „Vejklad téhož privilegium na česko“. Jiný český překlad uveřejnil Pelzel – též jiný je v knize Novoměstských privilegií č. 331 (Čelakovský, ed., 1886, s. 142).
  115. Dovolíme si, pro zajímavost, uvést původní středohornoněmecké znění úvodní části této listiny: „Wir Karln von gotes gnaden Romischer keiser, zu allen czeiten merer des reichs und konig zu Beheim…“. Tomu ve středověké latině odpovídala tato sekvence: „Karolus (Carolus) quartus divina favente clemencia Romanorum imperator semper augustus et Boemie rex…“.
  116. Tento pozdější překlad listu, jehož původní latinský text se nezachoval, byl zapsán do novoměstské pamětní knihy č. 332 na str. 173 (uložen v Archivu hlavního města Prahy) za nápisem: „Fundace a vejsada mlejncův na loděch“ (Čelakovský, ed., 1886, s. 173).
  117. Na tento text již dříve upozornil Jičínský (1870, s. 70–71). Uvedený autor správně dovodil, že vodní toky musely být i v této době (14. stol.) převážně soukromým majetkem dědin, na jejichž území se nalézaly. O jakémkoliv veřejnoprávním pojetí menších vodních toků není proto možné v této době ještě hovořit.
  118. Tento článek má latinský název: „De custodia silvarum, quae succisae furtum ducuntur per aquas“. Je možné jej přeložit následovně: „O péči o stromy (klády), které (již) poražené jsou tajně (/pokradmu/ zloději) po vodách (vodních tocích – řekách) splavovány“.
  119. Původní latinský text (Palacký, ed., 1844, s. 137) je následující: „Purggravios seu castellanos nostros castrorum infra scriptorum, super labentia flumina regni situatorum, curam vigilem et custodiam die noctuque habere volumus diligentem, ut ligna quaeque vel arbores, quae plurimae in silvis nostris subreptae per eadem flumina duci percepimus, et demum, nostra conscientia inconsulta, verti in utilitates proprias privatorum, in camerae nostrae dispendium et gravamen. Cum igitur territorium et districtum castri, cui quisque praeest, pervenerint, per eos vel per alios, quos ad id duxerint deputandos, intercipiantur, et arrestentur, simul et personae quaecunque ducentes ligna et arbores supradictas; et statim facta nobis conscientia speciali, tamdiu eas teneant arrestatas, donec a nobis aliud habuerint in mandatis; nisi patentes literas nostras ostenderent, aut alia intersigna, ad haec specialiter deputata, per quas forte illis majestas regia concesserit eas arbores deducendas; poena imminente castellanis praedictis, si scienter permiserint transire arbores aliquas sive ligna contra mentem ordinationis praesentis, amissionis officli et dupli restitutionis in fiscum valoris sic dictarum arborum vel lignorum. Si vero negligenter et ignoranter, poena dupli tantummodo feriatur; poenis aliis, contra caedentes vel ducentes arbores sive ligna statutis, firmis manentibus atque fixis.“
  120. S ohledem na možného zvídavého čtenáře (pro snadnější porovnání všech jazykových verzí) si dovolíme uvést i současný dostupný překlad uvedené pasáže (Karel IV., Mašek, ed. a Bláhová, ed., 2003, s. 206–207 /po našich drobných úpravách/): „Chceme, aby naši purkrabí či kasteláni níže uvedených hradů, nalézajících se na tekoucích řekách království, věnovali bdělou a svědomitou pozornost, ve dne i v noci, veškerým kládám či stromům, které, jak jsme se doslechli, se v hojném počtu, ukradené v našich lesích, po těchto řekách přepravují a potom se přemění, bez našeho vědomí, v osobní zisk soukromníků ke škodě a tíži naší komory; když se tedy dostanou na území nebo do oblasti hradů, jimž oni vládnou, nechť jsou od nich nebo od jiných, které se k tomu rozhodnou určit, zachyceny a zadrženy; a zároveň i všechny osoby, které řečené klády a stromy přepravují; ať nám ihned, zvlášť kvůli tomu, dají vědět a ať je zadržují tak dlouho, dokud od nás neobdrží nějaký jiný příkaz, pokud by tyto osoby neukázaly náš otevřený list nebo jiná, výhradně k tomu určená, poznávací znamení, jimiž jim královský Majestát povolil tyto stromy přepravit; avšak dopustí­‑li se toho z nedbalosti a neznalosti, bude postižen pouze trestem dvojnásobku; ostatní tresty, určené těm, kdo kácejí nebo přepravují stromy, zůstávají pevné a neměnné.“
  121. Viz poznámku č. 9.

 

 

Posted by & filed under Ze světa vodního hospodářství.

Nakolik lze považovat projevy změny klimatu na území České republiky za závažné?

Nejdříve je třeba si uvědomit, že vyhodnocení klimatického režimu nelze dělat na základě jednoho roku, ale při srovnávání delších období. V klimatologii se většinou pracuje s třicetiletým obdobím, pro něž se vyhodnocují normály a dlouhodobé průměry. Pokud bychom ale chtěli vyhodnotit, zda a jak se mění režim výskytu extrémních jevů, a zvláště to platí u povodní, tak nevystačíme ani s těmi třiceti lety a potřebovali bychom pro přijetí seriózních a robustních závěrů ještě delší řady pozorování.

Z pozorování vyplývá, že se jednoznačně zvýšila teplota vzduchu. Například počet měsíců, které jsou vyhodnoceny jako teplotně podprůměrné, je minimální. Naopak v období let 1994 až 2013 u nás celkem napršelo asi o 820 mm, tedy o 6 % více, než by odpovídalo průměrné hodnotě. Dvacet let jsme tedy žili v teplejším a vlhčím období s několika povodněmi. Domnívám se však, že v případě srážek nejsme v tuto chvíli schopni říci, zda jde o přirozený výkyv, kterých v minulosti byla celá řada, nebo počátek trvalé změny.

Mimochodem z hlediska hydrologické bilance jsou to velmi zajímavé skutečnosti. Vyšší teplota znamená vyšší evapotranspiraci a ta zatím byla, zdá se, do značné míry kompenzována větším množstvím srážek. Co se stane, pokud se srážky navrátí k normálu? Naroste negativní bilance a vody v dalších částech vodního cyklu, v tocích, v půdě, v podzemí zákonitě ubyde.

Jaké jsou nynější důsledky této změny ve srovnání s historickými hydrologickými událostmi na území České republiky?

Popravdě řečeno, pokud jde o hydrologické extrémy, tak při pozornějším pohledu do minulosti zatím dokážeme pro současné události najít analogie – některé byly stejně velké, nebo ještě extrémnější. Například o něco delší epizoda přívalových povodní podobná roku 2009 nás postihla v roce 1875, extrémní sucho podobné 2015 zažili naši předci například v letech 1947 či 1874. I k povodni 2002 nalezneme analogii, která pochází z roku 1432.

Pokud jde o srážky, pak nepřekonané extrémy denních srážek jsou z července 1897, kdy v Jizerských horách napadlo 345 mm. Uvádí se, že při známé povodni 1872 v povodí Berounky v Mladoticích napršelo 232 mm za 90 minut. Tento údaj sice není ověřitelný, ale výsledná povodeň na neobvyklé srážky ukazuje. Naopak pokud jde o teploty, velký počet denních rekordních maxim i absolutní změřené maximum 40,4 °C pochází z posledních desetiletí.

Do jaké míry se potvrzují změny scénářů klimatu a který z řady scénářů se v tuto chvíli jeví jako nejpravděpodobnější?

Jednou z charakteristik projekcí změny klimatu je skutečnost, že jednotlivé scénáře se začínají vzájemně rozbíhat až později v průběhu 21. století, takže pozorovaný průběh řad hydrometeorologických prvků zatím nemůže sloužit jako potvrzení větší pravděpodobnosti některého scénáře či scénářů. Navíc pokud bychom se zaměřili na naše území, pak platí, že klimatické modely zatím nedokáží dost věrně fyzikálně reprodukovat řadu prvků a jevů v regionálním a lokálním měřítku, platí to především pro srážky, ale třeba i pro vlhkost vzduchu nebo rychlost větru. Výsledky jejich simulací jsou proto „opravovány“ statistickými postupy, aby odpovídaly pravděpodobnosti pozorovaných dat v referenčním období, a pro scénáře budoucích změn se uvažuje spíše s relativními rozdíly mezi simulacemi. To je postup akceptovatelný pro klimatologii, ale pro hydrologii znamená řadu problémů. A to hlavně v podobě narušení fyzikálního mechanismu vodní a energetické bilance. Abych to ozřejmil, pokud například model simuluje méně srážek než ve skutečnosti padá, bude pravděpodobně simulovat i menší výpar a tím menší vlhkost vzduchu a následně jinou teplotu vzduchu, čímž zpětně ovlivňuje simulaci výparu. Každý z těch prvků dokážeme statisticky korigovat, ale taková korekce nezaručuje, že budou po korekci dávat smysl i jejich vzájemné vazby. V tomto ohledu je před oborem klimatického modelování ještě spousta práce.

No a aby toho nebylo málo, tak v našich geografických podmínkách jsou předpokládané změny srážek velmi nejisté, na severu Evropy by měly spíše narůstat, na jihu spíše klesat, my jsme v přechodové zóně s velmi nejistým trendem. Čili opravdu nedokážeme nyní nějaký scénář zcela potvrdit či vyloučit.

rozhovor-1

Která území jsou z hlediska projevů hydrologických extrémů nejohroženější?

Podle mne v tomto hrají roli dva faktory. Předně, čím podrobnější měřítko použijeme, tím větší je riziko potenciálních dopadů. Jinými slovy, pokud se budeme dívat na konkrétní lokalitu, tak relativní dopad jakýchkoliv změn, ale i přizpůsobení zde bude větší než v měřítku celého státu. A za druhé, nejohroženější jsou ty oblasti, které již dnes vykazují ohrožení určitými projevy působení klimatu na krajinu, vodní cyklus či společnost. Pokud bych měl být konkrétní, uvedl bych dva případy. Prvním z nich je často zmiňované Rakovnicko, kde se již dnes projevuje nedostatek vody v důsledku velmi negativní bilance srážek a výparu. V tomto případě další nárůst teploty při stejných nebo i jen o málo menších srážkách může být kritický pro užívání vody či některé ekosystémy, protože už nyní jsme zde s vodou takříkajíc na hraně.

Druhým příkladem jsou městské aglomerace, kde je při letních vlnách veder teplota výrazně zvyšována městským tepelným ostrovem, nedostatkem zeleně, vodních prvků a přemírou asfaltu. Jakákoliv změna v extrému teploty či přívalových srážek zde znamená negativní dopady na zdraví obyvatel nebo na odvod vody kanalizací, navíc vzhledem k velké koncentraci lidí a aktivit je zde pochopitelně největší zranitelnost.

Předpokládáte, že současné relativně mírné zimy a horká suchá léta budou jedním z typických projevů klimatu a budou nastávat pravidelně?

Podle mne jsou právě uvedené dva jevy těmi nejpravděpodobnějšími projevy změny klimatu. Pokud jde o mírné zimy, pak je jednoznačně změna vidět třeba ve srovnání s chladnějším 19. stoletím. Tehdejší zimy byly chladnější, trvaly déle a přinášely často množství sněhu i do nižších poloh, toky zamrzaly mohutnou vrstvou ledu. Výsledkem byly časté velké jarní povodně. Třeba Vltava v Praze zažila stoletou jarní povodeň v letech 1845 a 1862. Od té doby došlo k jasné změně, kdy ty největší povodně se zde vyskytují v letním období, jmenujme „stoleté“ povodně 1890 a 2002. Velké zimní povodně jsou dnes zkrátka méně pravděpodobné, což mimochodem ukazuje na skutečnost, že riziko povodní má smysl řešit i v kontextu ročního období a vůbec konkrétního času, uvědomme si například, že řešení následků povodně v únoru či březnu je jiné než v létě, potřebami evakuovaných počínaje, riziky druhotných dopadů na zdraví třeba v podobě prochladnutí a například rychlostí vysoušení objektů konče.

Která opatření jsou z hlediska zmírnění dopadů hydrologických extrémů podle vašeho názoru nejúčinnější?

Nejúčinnější jsou opatření, která jsou řešena komplexně v kontextu celého povodí. Musí tedy jít o vhodnou kombinaci přírodě blízkých opatření v krajině, technické ochrany sídel a zvyšování prevence a připravenosti, např. v podobě plánů či předpovědí a výstrah. Řada věcí se udělala v minulosti dávnější i nedávné, největší deficit tak v současnosti v případě povodní vidím ve stavu půdy a krajiny a její schopnosti vsakovat a zadržovat vodu a naší stále nedostatečné schopnosti jít vodě z cesty tam, kde se vylévá a vylévat vždy bude. Pořád stavíme nové objekty v záplavovém území, místo abychom z něj existující objekty spíše odstraňovali.

V případě sucha je to trochu něco jiného, tam máme rezervy mnohem větší. Předně je třeba si uvědomit, že na zmírnění sucha v půdě a v krajině je třeba hledat trochu jiná opatření než na zajištění vody v tocích a nádržích. Navíc tady nemáme ani úplně jasno z hlediska plánu, prevence a připravenosti, takže je jedině dobře, že se v tomto ohledu začaly hýbat ledy a sucho se dostalo do povědomí nejen vodohospodářů, ale i politiků, médií a veřejnosti.

V jakých oblastech by ČHMÚ měl rozvíjet svoje aktivity v návaznosti na probíhající změny klimatu?

Roger Pulwarty z americké NOAA v jedné své prezentaci uvedl, že dlouhodobý monitoring je nezbytným předpokladem pro vytvoření výstražného systému. To si myslím velmi dobře vystihuje i roli ČHMÚ. Tedy zásadním úkolem pro nás je udržet kontinuity pozorování hydrometeorologických prvků tak, abychom vůbec dokázali variabilitu a změnu klimatu identifikovat, popsat a vyhodnotit. A na to navazují všechny naše další úlohy včetně zpracování hodnot návrhových průtoků a zajištění předpovědní povodňové služby a výstrah. Všechny obory činnosti se snažíme postupně zdokonalovat a rozvíjet, protože je vidíme jako nutnost pro adaptace nejen z hlediska změny klimatu, ale jako nezbytné i pro adaptace při současném stavu. Někteří lidé si úplně nespojují to, že naše snaha zlepšit povodňovou ochranu či zvládání sucha je vlastně klimatická adaptace. Ale je to tak, že ani na současné podmínky nejsme plně adaptováni, tedy povodně, když se vyskytnou, tak působí škody, sucho má také své dopady. Výhoda je, že cokoliv děláme pro řešení současného stavu, automaticky pomáhá i při změněném klimatu a není třeba tak naše aktivity v tomto smyslu nějak rozdělovat nebo chápat odděleně.

Ale abych uvedl něco konkrétního, tak osobně se domnívám, že potenciál pro rozvoj je v oblasti pravděpodobnostních sezonních predikcí a jejich dopadů v oblasti hospodaření s vodou.

Do jaké míry zapadají kroky České republiky do celosvětové adaptační politiky?

V rámci cílů udržitelného rozvoje OSN jsou pro nás relevantní zejména adaptace vůči přírodním katastrofám spojeným s klimatem, implementace aktivit do národních politik a zlepšení osvěty. Takže to jsou přesně oblasti, kam logicky směřuje i úsilí na národní úrovni. Mimochodem v loňském roce vláda schválila Strategii přizpůsobení se změně klimatu a nyní probíhá zpracování Národního adaptačního plánu. V jeho rámci jsou všechny výše uvedené aspekty reflektovány a navíc ze čtyř tematických pracovních skupin, které zpracovávaly podklady pro plán, byla jedna zaměřená na sucho, jedna na povodně a jedna na další extrémní jevy. Tedy je zřejmé, že vnímáme vodu jako stěžejní faktor působení klimatu na naši společnost, a to je myslím dobře.

Posted by & filed under Ze světa vodního hospodářství.

Přestože Evropská komise dne 29. června letošního roku rozhodla o dočasném prodloužení používání chemických přípravků obsahujících herbicidní látku glyfosát po dobu 18 měsíců, prosazuje Sdružení oboru vodovodů a kanalizací ČR, z. s. (SOVAK ČR), i Evropské sdružení vodohospodářských společností (EurEau) co nejrychlejší úplný zákaz glyfosátu.

sovak

Takový zákaz by výrazně zvýšil kvalitu povrchových vod v rámci celé Evropské unie včetně České republiky. Do povrchových vod se glyfosát dostává splachem pesticidů z polí a pokud jde o zdroje pitné vody, musí se taková voda upravovat v úpravnách vod. Nejvyšší obsah glyfosátu v povrchových vodách byl zjištěn ve Švédsku (370 µg/l), Irsku (186 µg/l) a v Belgii (139 µg/l). Přestože situace v České republice není tak závažná, SOVAK ČR plně podporuje úplný zákaz dalšího používání glyfosátu a podporuje i stanovisko, že podmínkou zákazu použití glyfosfátu bude uvedení alternativních přípravků, které nebudou vykazovat obdobně závažné dopady na zdraví člověka jako glyfosát.

Důvodem prodloužení doby uvádění glyfosátu na trh v zemích Evropské unie je možnost provést do druhé poloviny roku 2017 další hodnocení rizik pro zdraví lidí prostřednictvím Evropské agentury pro chemické látky (ECHA) v Helsinkách. Toto hodnocení by mělo potvrdit nebo vyvrátit dřívější závěr Evropského úřadu pro bezpečnost potravin (EFSA), že existující vědecké studie nesvědčí o karcinogenních vlastnostech glyfosátu. Stejný názor jako EFSA vyjádřil i Společný panel pro rezidua pesticidů FVO/WHO (Potravinový a veterinární úřad/Světová zdravotnická organizace).

Dočasné prodloužení je doplněno i řadou dalších podmínek, mezi které patří to, že glyfosát nesmí být kombinován v přípravcích s látkou POE­‑tallowamine, musí být minimalizováno použití glyfosátu ve veřejných parcích, dětských hřištích a zahradách i agrochemické použití před sklizní.

Již v současné době je ale podle poznatků SOVAK ČR možné využívat při hubení plevelů (což je hlavní důvod používání glyfosátu) jiných, nechemických metod. Jednou z nich je horkovodní hubení plevelů aplikací tlakové vody o teplotě 98 stupňů Celsia. Tato metoda jednak zabraňuje dalšímu růstu kořenových balů, umožňuje ale také odstraňovat i další znečištění z ošetřovaných veřejných ploch, které by jinak technicky nebylo možné likvidovat (například žvýkačky). Pilotní projekt probíhá v současné době v městské části Praha 12 ve spolupráci s Pražskými službami, a. s.

SOVAK ČR proto doufá, že i další uživatelé látek s obsahem glyfosátu přejdou na tuto efektivnější a pro vodu výrazně příznivější variantu řešení problémů s hubením plevelů.

Za technickou správnost odpovídá: Ing. Filip Wanner, Ph.D., SOVAK ČR

Posted by & filed under Ze světa vodního hospodářství.

Odborníkům to není třeba opakovat, ale laická veřejnost o tom nemá tušení. V Čechách je nedostatek vody a trend, který je spíše nepříznivý, bude s nejvyšší pravděpodobností pokračovat i v budoucích letech.

Běžný Čech je nicméně letos v pohodě, protože dost prší, tráva na jeho zahradě je víceméně zelená a na jeho oblíbeném koupališti je dostatek vody. Voda tekoucí z kohoutku je pro něj naprostá samozřejmost. Ani ho nenapadne se zamyslet nad tím, co pro nás voda znamená, jakým způsobem s ní zacházíme a jak si s vodou „stojíme“. Podobné informace v dlouhodobé atraktivní podobě jsou k dispozici minimálně. Nemluvím tady o nárazových zprávách v médiích, které mají zvýšit prodaný náklad dramatickými obrázky povodní nebo sucha, ale o relevantní komunikaci a nenásilné edukaci. Slovy režiséra Petra Krejčího, autora nového pořadu České televize Krajinou domova: „Naši předkové věděli o vodě a krajině mnohem víc, než víme my dnes. Zřejmě těch informací objemově nebylo tolik jako nyní, nebyly podpořené vědeckými studiemi, ale zato vycházely ze staleté zkušenosti.“

Právě na tuto zkušenost, na tyto znalosti a na tento zájem o vodu – esenci všeho živého na zemi – si dala za úkol navázat nezisková organizace Voda základ života, která spustila stejnojmenný portál www.vodazakladzivota.cz. Jeho cílem je představit důležitost vody a její atributy nenásilnou formou, která bude pro veřejnost dostatečně atraktivní. Informace pro laickou veřejnost budou představovány populární formou tak, aby vyvolaly přirozenou zvědavost. Proto se na portále dají shlédnout zajímavosti od základních dat o vodě, přes názory osobností až k aktuálním tématům, jako je například sucho. Kromě textů a obrázků jsou na portále také poprvé k dispozici unikátní videa ze stavby našich velkých vodních děl. Řada z nich totiž nebyla ještě nikdy zveřejněna a až nyní se budou v pravidelných intervalech premiérově objevovat online. Zájemci tak získají jedinečnou příležitost vidět i desítky let staré, nikdy nepublikované dokumenty o stavbách našich významných vodních děl, vývoji českých řek a dalších zajímavých tématech. Postupem času se bude obsah samozřejmě dále rozšiřovat.

V dnešní době je ovšem potřeba mít nejen kvalitní web se zajímavým obsahem, ale také komunikovat v místech, kde informace proudí ke správným adresátům. Šlo by to popsat rčením: když nejde Mohamed k hoře, musí hora k Mohamedovi. Nečekat, až návštěvníci přijdou na stránky, ale být tam, kde se relevantní čtenáři skutečně vyskytují. Dnes to už nejsou weby, které slouží spíše jako platforma k agregaci dat, ale především sociální sítě. Proto Voda základ života je aktivní na klíčových sociálních sítích: Facebooku s kompletním obsahem, Instagramu s fotografiemi a v neposlední řadě na YouTube s již dříve zmiňovanými videi.

Aby byl projekt nejen udržitelný, ale především po všech stránkách na patřičné úrovni, dochází na něm k propojení tří oblastí: odborné/vědecké, komerční a neziskové. Patronem projektu se tak stalo Ministerstvo životního prostředí, odbornými garanty pak Výzkumný ústav vodohospodářský T. G. Masaryka, Český hydrometeorologický ústav a Povodí Vltavy, jejichž pracovníci se podílí odbornými znalostmi na relevanci a správnosti obsahu portálu.

Firmy podporují tuto aktivitu nejen finančně, ale i tématy z praxe, která jsou velmi inspirativní. Portál Voda základ života tak vznikl díky generálnímu partnerství společnosti HEINEKEN, která se již delší dobu zajímá o problematiku zásob vody nejen v Česku (stojí například za projektem Naše mokřady – www.nasemokrady.cz, který byl oceněný v rámci soutěže TOP odpovědná firma jako environmentální projekt roku 2015). Významně se podílejí společnosti Úpravna vody Želivka, ČEZ, Skanska, TÜV SÜD nebo DHI.

A v neposlední řadě je tu neziskový sektor, se kterým chce Voda základ života v dlouhodobém horizontu aktivovat dobrovolnické projekty a podporu neziskového sektoru obecně. Partneři, kteří se zapojují do aktivit týkajících se vody, jsou: Člověk v tísni, Český svaz ochránců přírody a Byznys pro společnost.

Dohromady tak vzniká harmonický celek, který postupně začíná profesionálně předávat relevantní informace veřejnosti. Do budoucna autoři projektu věří, že se bude stále více zlepšovat informační úroveň a rozšiřovat edukativní role.

 

Ing. Jiří Hauptmann

hauptmann

Voda mě zaujala díky mému působení ve společnosti HEINEKEN, kde je považována za jeden z pilířů trvale udržitelného rozvoje. Díky tomu jsem se o vodu a všechny souvislosti s ní spojené začal zajímat intenzivněji a po čase jsem si uvědomil, že na to, jak je voda pro společnost důležitá, o ní společnost nic neví. Tak vznikla první myšlenka zlepšit komunikaci o tomto tématu ve společnosti, protože neustále vidíme pouze střípky informací, nikoliv celé spektrum. Po konzultacích s odborníky z VÚV a ČHMÚ jsme společně projekt pod záštitou Ministerstva životního prostředí představili v hrubých obrysech v březnu letošního roku a věřím, že se nám podaří ho dále rozvíjet. V tomto ohledu velmi děkuji Marku Riederovi z VÚV a Janu Daňhelkovi z ČHMÚ za teoretickou podporu a všem partnerům, kteří pomáhají projekt financovat. Těší mě osobně možná ještě víc, že na základě prvních ohlasů v médiích se mi ozývají dobrovolníci, kteří chtějí přiložit ruku k dílu a celému projektu nezištně pomoci. Utvrzuje mě to v přesvědčení, že tato tematika je opravdu podstatná a přínosná pro celou společnost.

Posted by & filed under Hydraulika, hydrologie a hydrogeologie.

Souhrn

Příspěvek popisuje důvody a okolnosti vzniku projektu Strategie ochrany před negativními dopady povodní a erozními jevy přírodě blízkými opatřeními v České republice, který byl řešen Výzkumným ústavem vodohospodářským T. G. Masaryka, v. v. i., ve spolupráci se sdružením společností Sweco Hydroprojekt a. s., VRV, a. s., SINDLAR Group, s. r. o., a WASTECH, a. s.

Úvod

Vodní režim české krajiny prošel v průběhu 20. století zcela zásadní proměnou. Ta úzce souvisí se změnami uspořádání krajiny, výstavbou dopravní infrastruktury, rozšiřováním zástavby, devastací rozsáhlých ploch v těžebních oblastech, intenzifikací zemědělského hospodaření, odvodňováním, scelováním a rozoráváním pozemků, zhoršením struktury zemědělské půdy, změnou skladby lesa a regulací vodotečí.

V důsledku těchto a dalších necitlivých zásahů do vodního režimu krajiny a v kombinaci s možnými účinky klimatické změny došlo a stále dochází k negativním projevům povodní a hydrologického sucha s následujícími dopady: zanášení vodotečí a vodních nádrží, splachy ornice do intravilánu obcí, škody na majetku občanů, institucí a společností, snižování úrodnosti a výnosovosti zemědělské půdy, těžebně dopravní eroze na lesní půdě, zhoršení pedohydrologické bilance, snižování hladiny podzemní vody a rozšiřování aridních oblastí na našem území.

Uvedené vyplývá zejména z hodnocení průběhu velkoplošných regionálních povodní v letech 1997 a 2002 až 2013 stejně jako z důsledků katastrofálních povodňových situací vyvolaných přívalovými srážkami (rok 2009) i epizodických lokálních projevů tohoto příčinného jevu. Je zřejmé, že náprava minulých zásahů si vyžádá řadu let a že se bude jednat o částečnou, ale systematickou „rekonstrukci“ krajiny. Současně platí, že zmíněná „rekonstrukce“, zaměřená mj. na nastavení optimálního vztahu vodního režimu a struktury krajiny, vyžaduje komplexní přístup a využití vícestupňové optimalizace navrhování opatření. Adaptační scénáře na dopady klimatické změny v celé Evropě předpokládají včasnou realizaci soustav preventivních opatření, které v důsledku povedou ke zvýšení retence vody v území a k lepší přípravě celé plochy povodí na negativní vlivy klimatické změny. Dosavadní přístupy prevence jsou poznamenány jistým stupněm roztříštěnosti a mnohdy i nízkou úrovní faktické koordinace.

Plánovací agendy, které se zásadním způsobem promítají do krajiny, jsou vedeny různými subjekty a spravovány obvykle za jiným účelem. Vlastnické vztahy, které jsou tak podstatné (někdy i limitující) pro změnu uspořádání krajiny, protierozní úpravy a návrhy společných zařízení, jsou garantovány stavem katastru nemovitostí a dále metodikou i navazující agendou komplexních pozemkových úprav podle zákona č. 139/2002 Sb. Napříč pomyslnou linií vlastnických vztahů v krajině a rozdělení krajiny na katastrálně evidovanou zemědělskou a lesní půdu procházejí plány dílčích povodí, které řeší požadavky Rámcové směrnice o vodách 2000/60/ES a jsou nově zásadním plánovacím nástrojem ve vodním hospodářství. Dalším důležitým krokem je tvorba územně analytických podkladů (ÚAP) podle vyhlášky č. 500/2006 Sb. a jejich zavedení do územně plánovací agendy krajských úřadů a obcí s rozšířenou působností (ORP). Nicméně souhrnně lze konstatovat, že jsou stále patrné resortní bariéry, nekoordinovanost a nízké využívání datových propojení výše uváděných agend/databází a s tím související efekty z jejich využití v prostorovém plánování.

Komplexní přístup představuje účelné propojení agrotechnických, biotechnických a technických opatření do jedné funkční soustavy zaměřené na zvýšení akumulace vody v území, snížení kulminačních průtoků při povodních a zpomalení průchodů povodňových vln, lepší přípravu území v záplavových oblastech a snížení erozního smyvu ze zemědělské i lesní půdy. Uplatněním uvedeného komplexního přístupu ve využití území dojde k významným synergickým efektům, k finančním úsporám a ke snížení škod na životním prostředí i majetku občanů. Zavedení opatření pouze jednoho typu znamená nevyváženost, která z hlediska trvale udržitelných principů správy území povede ke zvýraznění negativních důsledků možné klimatické změny.

Komplexní projekt jako řešení

Zásadní skutečnosti v dané věci přineslo usnesení vlády ČR č. 541/2008 ze dne 14. 5. 2008, na jehož základě byla resorty MŽP a MZe vypracována Koncepce řešení problematiky ochrany před povodněmi v České republice s využitím technických a přírodě blízkých opatření. Tato koncepce byla dne 10. listopadu 2010 schválena usnesením vlády ČR č. 799, které uložilo ministrům zemědělství, životního prostředí, financí, pro místní rozvoj a místopředsedovi vlády a ministru vnitra plnit úkoly obsažené v koncepci a předložit vládě zprávu o jejich plnění do 31. prosince 2013.

K plnění značné části úkolů daných uvedeným usnesení vlády byl připraven projekt „Strategie ochrany před negativními dopady povodní a erozními jevy přírodě blízkými opatřeními v České republice“ (dále projekt Strategie). Projekt byl podán na základě 14. výzvy OPŽP, prioritní osa 1 – Zlepšování vodohospodářské infrastruktury a snižování rizika povodní, oblast podpory 1. 3 – Omezování rizika povodní, 1. 3. 1 – Zlepšení systému povodňové služby a preventivní protipovodňové ochrany. Hlavním řešitelem projektu byl Výzkumný ústav vodohospodářský T. G. Masaryka, v. v. i. Dodavatelsky se na projektu podílelo sdružení společností Sweco Hydroprojekt a. s., VRV, a. s., SINDLAR Group, s. r. o., a WASTECH, a. s. Projekt byl řešen v období od 1. 6. 2014 do 31. 10. 2015.

Z úkolů definovaných usnesením vlády ČR č. 799/2010 byla projektem Strategie ochrany řešena nebo doplňována především následující témata:

  • stanovit pro oblasti s významným povodňovým rizikem a jejich povodí zdrojová území s vysokými specifickými odtoky vody včetně jejího urychleného odtoku, území s významným erozním smyvem a území s potenciální retenční kapacitou, včetně kvantifikace retenčního potenciálu;
  • zvýšit zaměření environmentálních podpor rozvoje venkova na zatravňování nejzranitelnějších lokalit, zavést další prostředky, např. cílené zatravňování, opatření pro pěstování rychle rostoucích dřevin (RRD) pro energetické využití podél vodních toků v širším pásu údolní nivy i na stávající orné půdě, posílení nástrojů prosazujících povinnost protierozních opatření na ohrožených plochách a zvýšení vsakování vody; řešit priority pro výběr příjemců podpor v zájmových územích s efektem pro povodňovou ochranu;
  • analyzovat problematiku finanční spoluúčasti přímo chráněných subjektů, obcí, krajů a státu na investičních a provozních nákladech ochranných opatření;
  • metodicky řešit střet zájmu umístění stavby protipovodňového opatření se zájmy ochrany přírody a krajiny (kompromisními variantami a objektivním hodnocením obou veřejných zájmů);
  • analyzovat dosud realizovaná opatření a navrhnout novou metodiku návrhů preventivních protipovodňových strukturálních opatření a jejich posuzování;
  • navrhnout přístupy pro zohlednění možných dopadů klimatické změny a potřebu řešit problematiku povodní a sucha komplexně při navrhování parametrů protipovodňových opatření a standardů protipovodňové ochrany;
  • analyzovat provedené odvodnění lesních pozemků a navrhnout úpravu na snížení jeho nepříznivého povodňového účinku;
  • zpracovat pro vymezená povodí v rámci studií odtokových poměrů návrhy variant komplexního řešení s využitím technických a přírodě blízkých opatření;
  • iniciovat výběr výzkumných témat v rámci programů Technologické agentury České republiky zejména v oblastech hodnocení povodňového rizika, výzkumu ochrany před přívalovými srážkami, stanovení návrhových charakteristik povodní, možností ovlivnění retenční schopnosti krajiny, hodnocení účinků řízených a přirozených rozlivů a ovlivnění povodňového režimu antropogenními vlivy a klimatickými změnami a v oblasti ochrany obyvatelstva, měst a obcí před účinky povodní, prevence a řešení krizových stavů, varovné a hlásné služby a fungování integrovaného záchranného systému.

Cíle projektu

Projekt Strategie vznikl především proto, aby umožnil naplnit tyto cíle:

  • Koncepční řešení adaptačních trvale (dlouhodobě) udržitelných opatření (zlepšení protipovodňové ochrany a vodního režimu). Projekt nabízí komplexní a propojený systém opatření, který bude mít za následek synergii účinků celé řady navržených opatření a smysluplné využívání finančních prostředků. Na základě výstupů projektu bude možné realizovat pouze taková opatření, u nichž by byla dopředu známa jejich předpokládaná účinnost (protipovodňová i environmentální).
  • Vytvořit jednotný přístup k analýze povodí nebo krajiny dotčené povodněmi v rámci vícekriteriálního hodnocení povodňových rizik a návrhů opatření na lokální i regionální úrovni.
  • Vytvořit jednotný metodický přístup k umístění opatření a výpočtu jejich účinků včetně ekonomických nákladů.
  • Vytvořit jednotnou platformu výstupů pro veřejnost (internetová prezentace) a strategické plánování (podklady pro územní plány a vodohospodářské plány).
  • Navrhnout opatření na tocích, která zároveň zlepší hydromorfologické vlastnosti toků, zvýší jejich ekologicko­‑stabilizační funkce a současně zvýší ochranu území před negativními účinky povodní.
  • Navrhnout opatření v ploše povodí, která sníží erozní odnos půdy, zlepší retenci vody v krajině a přispěje ke zvýšení ekologické stability krajiny.

Kromě vlastních návrhů opatření si projekt Strategie kladl za cíl iniciovat proces úprav dotčených právních norem k zrychlení procesu realizace komplexu protipovodňových opatření.

Rozsah a podrobnost řešení projektu

V rámci projektu nebylo možné řešit celé území České republiky stejně podrobně. Byl tedy proveden výběr území z hlediska rizika povodní a eroze. Pro tuto kategorizaci byla uplatněna tři hlediska:

  • povodňové ohrožení trvale bydlících osob,
  • povodňové ohrožení majetku,
  • erozní ohroženost.

Bylo přistoupeno ke kategorizaci území České republiky podle míry ohrožení: velmi vysoká, vysoká a střední míra ohrožení (obr. 1) podle průniku výše citovaných kritérií v rámci povodí vyšších řádů (IV. a III.), tj. malých povodí o ploše v desítkách, popř. stovkách kilometrů. Míra přesnosti detailu tak nemohla být logicky velká, ale posloužila k základnímu rozdělení pracnosti projektu.

Drbal-1
Obr. 1. Kategorizace území ČR podle míry ohrožení povodněmi a erozí
Fig. 1. Categorisation of the Czech Republic by flood and erosion threat

Údaje pro kategorizaci území byly využity z přípravných prací z plnění směrnice o vyhodnocení a zvládání povodňových rizik (etapa předběžného vyhodnocení povodňových rizik).

Důležité je však vědět, že analytické práce pro celé území České republiky byly provedeny na stejné úrovni podrobnosti a jednotlivé kategorie území se liší pouze mírou podrobnosti zpracování návrhů opatření. Zatímco oblast se střední mírou ohrožení není zpracovávána do úrovně opatření, kategorie s vysokou mírou ohrožení již opatření zpracovávána má, ale pouze jako skupinu opatření, a kategorie s velmi vysokou mírou ohrožení je řešená v podstatě do detailů. Úroveň druhou a třetí lze tedy v budoucnu dopracovat do úrovně s nejvyšší mírou ohrožení, a to v těch lokalitách, kde to bude naléhavé.

Kategorizace byla provedena především proto, aby se tak rozsáhlý projekt dal vůbec časově a finančně zvládnout. Ostatní území lze podobnými odbornými kroky dopracovávat.

Závaznost navržených opatření

Opatření navržená v projektu Strategie nejsou legislativně závazná, přesto je v posledních několika letech vytvářena společenská i politická potřeba jejich realizace.

Jejich potřebnost vyplývá z vládních usnesení, která se zabývala Plánem hlavních povodí České republiky – usnesení vlády ze dne 23. května 2007 č. 562, dále strategií protipovodňové ochrany v ČR – usnesení ze dne 10. listopadu 2010 č. 799 ke Koncepci řešení problematiky ochrany před povodněmi v České republice s využitím technických a přírodě blízkých opatření nebo usnesení z roku 2009 ze dne 26. srpna č. 1058 k Informaci o zlepšení předpovědní a výstražné služby Českého hydrometeorologického ústavu a o návrhu Projektu řešení problematiky ochrany před povodněmi v České republice s využitím přírodě blízkých opatření.

Potřeba jejich realizace vyplývá nepřímo z obou již jmenovaných evropských směrnic – Rámcové směrnice o vodní politice (2000/60/ES) a směrnice o vyhodnocování a zvládání povodňových rizik (2007/60/ES). Zde jsou jednoznačně preferována taková opatření, která nezhorší stav vod a umožní využití prostoru niv pro přirozené či řízené inundace.

Navrhovaná opatření se mohou stát závazná až v okamžiku, kdy se stanou pevnou součástí některých strategických nástrojů rozvoje území, jakými jsou např. územní plán nebo plán dílčího povodí, popř. plánu společných zařízení jako jednoho z výsledků procesu pozemkových úprav.

Výsledky projektu, resp. návrhy opatření budou podporovány dotačním titulem OPŽP, a tím mohou být i předmětem evropských dotací.

Závěr

Svým charakterem a výsledky je projekt Strategie komplexní projekt infrastrukturní povahy pro univerzální dlouhodobé využití, který zásadním způsobem umožňuje vyhodnotit pro celé území státu celospolečenskou prospěšnost a finanční a věcné parametry projektů žadatelů předkládaných do dotačních programů. Výstupy projektu budou vytvářet ucelenou strategii MŽP k řešení problematiky protipovodňové ochrany, plošného znečištění, vodní eroze a obnovy vodního režimu.

Posted by & filed under Hydraulika, hydrologie a hydrogeologie, Informatika, kartografie ve vodním hospodářství.

Souhrn

Dílčím cílem projektu „Strategie ochrany před negativními dopady povodní a erozními jevy přírodě blízkými opatřeními v České republice“ bylo zjištění současných odtokových poměrů v České republice pomocí metody CN křivek. V plochách vybraných povodí, kde podle výpočtu vychází velké odtokové výšky a malá vsakovací schopnost, byla v ideové rovině navržena typizovaná protierozní (PEO) a protipovodňová (PPO) opatření, která se podle dřívějších zkušeností jeví jako účinná, ekonomicky únosná a prosaditelná. Efekt těchto navrhovaných opatření [1] byl na celém území České republiky posouzen pomocí výpočtu odtokových poměrů metodou CN křivek. Z rozdílů odtokových poměrů současného stavu území a území s návrhy byla analyzována účinnost opatření na diskretizovaném území – povodích IV. řádu. Analýzy proběhly v prostředí GIS.

Úvod

Česká republika byla v posledních letech zasažena několika povodněmi z přívalových srážek, které urychlily prosazování změn odtokových poměrů v jednotlivých územích s cílem zvýšit ochranu před negativními dopady eroze a před lokálními povodněmi zejména v obcích. Obecně má výzkum v této oblasti poukázat na povodí ohrožená a nedostatečně chráněná před erozí půdy a s tím související zvýšený povrchový odtok. Navrhovaná ideová opatření [1] v ploše povodí jsou souborem doporučených opatření, která mají omezit negativní dopady přívalových srážek. Pozitivním přínosem návrhů je rovněž zachování kvalitní půdy na obhospodařovaných pozemcích.

Odtokové poměry (odtokový režim) jsou souborem přírodních a umělých (antropogenně ovlivněných) podmínek, které ovlivňují povrchový a podpovrchový odtok z povodí. Protože nelze postihnout veškeré jevy v povodí a ve vodních tocích, jsou nejdůležitější z jevů schematizovány. Hlavní ovlivňující podmínky, zejména průběh srážkové události, typ pokryvu a vlastnosti půd, mohou působit buď v celém povodí, nebo jen v jeho části. K přímému odtoku dochází ve chvíli, kdy je půda nasycena předchozími srážkami, nebo v průběhu přívalových srážek, kdy se voda nestačí vsakovat. Čím je déšť intenzivnější, tj. spadne velký srážkový úhrn za krátký časový úsek, tím je odtok vyšší. Voda, která se v povodí nevsákne nebo neakumuluje v nádržích či snížených místech, je nazývána povrchový odtok. Vztahuje se k uzávěrovému profilu, což je nejníže položené místo v povodí, kterým voda odtéká. Tímto místem může být profil povodí IV. řádu, přispívající plocha kritického bodu nebo povodí k profilu hráze navrženého akumulačního prostoru. Velikost projevu povrchového odtoku lze pozorovat v korytech vodních toků, kanálech, údolnicích nebo nádržích jako zvýšení úrovně vodní hladiny.

V rámci řešení projektu Strategie ochrany před negativními dopady povodní a erozními jevy přírodě blízkými opatřeními v České republice (dále jen Strategie) byly sledovány přínosy opatření pomocí změn hodnot přímého odtoku. Za tímto účelem bylo nezbytné stanovit velikost přímého odtoku před a po návrzích vhodných opatření a analyzovat vzniklé rozdíly výšek a objemů odtoku. V případě dílčích hydrologických celků, kde byly dosaženy vysoké rozdíly v hodnotách přímého odtoku, se doporučuje realizace opatření se všemi přínosy, tj. zvýšením vsaku dešťové vody do půdy a zpomalení nebo zadržení odtékající vody.

Metody výpočtu přímého odtoku

Používané metody

Odtok z povodí se stanovuje na základě četných srážkoodtokových matematických modelů, které popisují vztahy v řešeném povodí a predikují velikost odtoku na základě vstupních údajů o srážkách. Modely se liší mírou schematizace povodí, množstvím vstupních údajů, náročností na výpočet a shodou s reálně naměřenými parametry. Některé modely jsou vhodné pro určitý typ povodí a mají tak omezenou použitelnost. Jak uvádí [2], použití konvenčních metod měření odtoku je velmi nákladné, časově náročné a náchylné k chybám z důvodu nedostatku spolehlivých podkladových dat. Většina povodí má navíc omezený počet měřidel pro záznam srážek a množství odtoku. Z existujících přístupů pro odhad odtoku z povodí bylo vybráno několik z nich [2, 3]:

  • model povodí UBCWM: model detailně popisuje hydrologii horských a zaledněných oblastí; pro výpočet odtoku v prostředí České republiky není svým zaměřením vhodný;
  • umělé neuronové sítě ANN (Artificial Neural Network): jsou vhodné spíše pro malá povodí, neboť je řeší detailně na základě souvislostí mezi mnoha srážkovými událostmi; pro řešení na území celé ČR nejsou neuronové sítě vhodné;
  • metoda čísel odtokových křivek SCS­CN: metoda vybraná pro řešení odtokových poměrů; je založená na znalosti srážek a půdního pokryvu a jako u jedné z mála lze vyhodnotit změny v krajině bez další kalibrace modelu;
  • modely jednotkových hydrogramů: jednotkový hydrogram má stálou intenzitu a rovnoměrné rozložení srážek v povodí; výpočet vychází ze znalosti měřených srážek a odtoků; model je nepoužitelný pro absenci měření ve většině povodí;
  • rovnice oblastní: rovnice obsahují koeficienty, které souvisí s příslušností k území nebo k povodí toku; není snadné je automatizovat a navíc jsou výsledky jen orientační;
  • rovnice objemové: rovnice jsou založeny na odhadu povodňové vlny a tvaru hydrogramu; také není snadné je automatizovat a výsledky lze použít jen k orientačním účelům;
  • rovnice intenzitní: rovnice byly odvozeny pro srážkové události s krátkou dobou trvání; dosazuje se do nich intenzita srážek podle doby trvání a doby opakování; výpočet není snadné automatizovat a výsledky jsou jen orientační;
  • výpočet podle odtokového součinitele: výpočet je jednoduchý, neboť lze součinitele najít v tabulkách [4]; z důvodu absence mnohých kombinací druhů povrchů jsou nepoužitelné pro požadované výpočty.

Výpočet stavu odtokových poměrů byl proveden metodou CN křivek, která je z důvodu snadného použití vhodná k řešení v prostředí GIS. Metoda je široce používaná právě pro svou jednoduchost [2]. Pomocí automatizace výpočtů v ArcGIS lze stanovit výšky a objemy odtoků pro velká území (např. celou Českou republiku), a to během několika výpočtových kroků.

Metoda CN křivek

Metoda CN křivek (CN z anglického Curve Number) je založena na experimentálním výzkumu. Výpočtové rovnice jsou empirické [4]. Metoda je oblíbená a stále používaná. Používá se ke stanovení velikosti přímého odtoku na základě znalosti intenzity srážek a typu povrchu [5]. Metoda byla testována a ověřena mnohými výzkumy a studiemi odtokových poměrů. V malých povodích existuje dobrá korelace mezi naměřenou výškou odtoku a výškou odtoku stanovenou metodou čísel CN s aplikací GIS. Právě pro tyto důvody byla metoda CN křivek vybrána pro vyjádření odtokových poměrů v projektu Strategie. Podle [6] může být metoda CN křivek použita v navrhování a posuzování technických protierozních opatření, např. pro dráhy soustředěného povrchového odtoku, zatravněné údolnice, průlehy, záchytné příkopy, zasakovací pásy a malé vodní nádrže. Metodou lze získat informace o přítoku do nádrže, ale vlastní transformace odtoku se řeší zvlášť.

Metoda CN křivek vychází z předpokladu, že poměr mezi aktuální retencí (objem vody zadržený při odtoku) a maximální retencí (potenciálně zadržitelný objem vody) v povodí je stejný jako poměr mezi výškou odtoku a výškou přívalových srážek po odečtení počátečních ztrát. Výpočet podle Metody čísel odtokových křivek lze použít pro stanovení objemu přímého odtoku způsobeného návrhovým přívalovým deštěm dané pravděpodobnosti výskytu. Do přímého odtoku se zahrnují dvě složky: povrchový odtok a hypodermický odtok (podpovrchový, tj. proudění v malé vrstvě pod povrchem bez interakce s podzemní vodou).

Smelik-1
Obr. 1. Rozčlenění srážkového úhrnu na jednotlivé složky
Fig. 1. Breakdown of rainfall on individual components

Specifika a omezení metody CN křivek

Metoda byla odvozena na zemědělsky využívaných povodích, jejichž plocha není větší než 10 km2 [5]. Zejména pro velká povodí je potřeba u výsledků výpočtů počítat se značnými nepřesnostmi. Správnost volby CN by měla ověřit kalibrace odtoku podle skutečných srážkových událostí. Takové řešení by bylo možné na malém území se známými hydrogramy odtoku. Velká povodí nelze řešit dohromady, a proto je potřeba je rozdělit na dílčí povodí. To souvisí s různým časovým vývojem srážek, odezvou povodí na srážky a rozdílnou dobou odtoku z jednotlivých dílčích povodí. Objemy přímého odtoku z jednotlivých dílčích povodí také nelze jednoduše sčítat. Metoda navíc neuvažuje akumulaci vody v nádržích.

Metoda CN křivek by se měla používat pro části povodí mimo intravilán, ideálně pro volnou krajinu nebo řídce urbanizovaná území [4]. Zejména v urbanizovaném území může dojít k situaci, že je povrch nepropustný a pod ním je propustná půda [7]. Je tedy očekávána vysoká počáteční retence, ke které ve skutečnosti nemusí dojít.

Nevýhodou metody je vysoká citlivost na zvolené hodnoty CN. Rovněž není k dispozici jasný manuál k tomu, jak určit aktuální vlhkostní poměry půdy. K odhadu stavu nasycení půdy lze využít výšku srážek v předchozích dnech s rozlišením, zda se jedná o vegetační nebo mimovegetační období. V modelu pro výpočet se nevyužívá sklon povrchu povodí [2]. Důvodem je fakt, že v USA, kde metoda vznikla, mají pozemky většinou sklony menší než 5 %. Proto je použitelnost metody čísel CN v horských povodích omezená. Přes svá omezení je ale stále hojně používána.

Pro modelování odtoků z přívalových srážek se doporučuje používat Metodu čísel odtokových křivek ve standardní formě (hodnota CNII pro střední nasycení půdy) a pro velikost 24hodinových úhrnů srážek Hs > 100 mm. Metodu lze použít omezeně i pro nižší srážky v rozmezí 40 až 100 mm [8].

Vstupní data

Vstupními daty pro výpočet byly rastrové vrstvy srážkových úhrnů s dobami opakování 20, 100 a 200 let od ČHMÚ a rastrové vrstvy CNII křivek před a po návrzích opatření vytvořených v rámci projektu Strategie. Výpočet proběhl v programu ArcGIS pomocí funkce Raster Calculator.

Srážkový úhrn

Výška srážek Hs (mm) (srážkový úhrn návrhového přívalového deště) je jedním z parametrů, který je potřeba znát pro stanovení odtokových poměrů. Průběh reálné srážky závisí na délce jejího trvání, intenzitě a směru pohybu deště. Srážkový úhrn představuje výšku vrstvy vody, která na konkrétní místo naprší za určitý časový úsek. Výška srážek pro jednotlivé doby opakování se stanovuje z dlouhodobého měření ČHMÚ pomocí statistických analýz. Automatické stanice ČHMÚ měří úhrny srážek v intervalu 10 minut a ty jsou pak dále přepočítávány na hodinové úhrny. Stanice vybavené běžným srážkoměrem měří úhrny za 24 hodin, kdy pozorovatel odečítá hodnoty v 7 hodin ráno následujícího dne. Vzhledem k různé hustotě pokrytí území stanicemi se výška srážek stanovuje plošným váženým průměrem. V rámci řešení projektu Strategie byly jako návrhové zvoleny 24hodinové úhrny srážek s dobou opakování 20, 100 a 200 let. Data o srážkách byla poskytnuta Českým hydrometeorologickým ústavem (ČHMÚ) pro celé území ČR v rastrové podobě. To bylo výhodné pro řešení v prostředí programu ArcGIS, kde analýzy probíhaly na rastrových datech s danou velikostí pixelu. V případě dat o srážkách bylo rozlišení jednoho pixelu 1 km × 1 km.

Metoda CN křivek uvažuje s tzv. počáteční ztrátou, která byla stanovena experimentálním výzkumem na 20 % maximální retence A, viz rovnici (4). Tato ztráta zahrnuje dešťovou vodu zachycenou na rostlinách (intercepce), fyzikálně vypařenou vodu (evaporace), vodu vypařenou dýcháním rostlin (transpirace), vsáknutou vodu (infiltrace) a vodu zachycenou ve snížených místech (povrchová akumulace), viz obr. 1. Výzkum počáteční ztráty vycházel z pozorování reakce přívalových srážek na malých povodích v počátečních fázích deště. V rovnici (3) si lze všimnout, že maximální potenciální retence je pouze funkcí čísel odtokových křivek CN. Není tedy závislá na srážkách, ale pouze na infiltračních vlastnostech půdy a půdního pokryvu. Lze stanovit výšku srážek, za kterých bude ještě nulový odtok z povodí, a tudíž není potřeba pokračovat ve výpočtu. Nulový odtok bude např. při CN = 50 a Hs < 50 mm, CN = 70 a Hs < 20 mm nebo CN = 90 a Hs < 5 mm [8].

Typ povrchu a způsob jeho využití

Maximální (potenciální) retenci území A (mm) potřebnou pro výpočet výšky HO (mm) a objemu Oph (m3) přímého odtoku udávají čísla odtokových křivek CN (-). Čísla CN se podle typu povrchu pohybují mezi hodnotami teoreticky od CN = 0, kdy se vše vsákne (reálně však od cca CN = 30), do CN = 100, kdy vše odteče. Hodnota čísel CN závisí na typu povrchu, způsobu jeho využití, případném uplatnění protierozních opatření a propustnosti půdy pro vodu.

Typem pokryvu může být les, pole, louka, silnice, zástavba atd. Uvedené typy mohou mít další podtypy, které se liší vegetací, její hustotou a údržbou. Pokryv ovlivňuje, s jakou silou a časovým zpožděním dopadne kapka deště na povrch a jak se bude dešťová voda vsakovat. Vsakovací vlastnosti půd se mění v závislosti na aktuálním stavu nasycení z předchozích srážek a prokypření, které závisí např. na zvolené technologii obdělávání. Informace o zemědělských pozemcích byly zjišťovány z databáze LPIS (Land Parcel Identification System) [9], což je geografický informační systém evidence využití zemědělské půdy, který byl vytvořen pro účely čerpání dotací vázaných na zemědělskou půdu. Ze systému lze zjistit druh kultury a údaje o BPEJ (bonitovaná půdně ekologická jednotka), od které se odvíjí produkční schopnost zemědělské půdy (kvalita půdy) a její cena. BPEJ je systém pětimístných číselných kódů, kde číslo na 2. a 3. místě udává hlavní půdní jednotku (HPJ). Pro účely metody CN byly definovány čtyři hydrologické skupiny půd (HSP), které se liší infiltračními charakteristikami (skupina A: rychlost infiltrace > 0,12 mm.min-1, skupina D: rychlost infiltrace < 0,02 mm.min-1).
Tyto hydrologické skupiny je možné v ČR stanovit na základě HPJ [5]. V území, kde není uvedeno využití a BPEJ, lze rozsah a využití pozemků identifikovat pomocí databáze CORINE Land Cover [10]. Pro vlastní řešení byla k dispozici verze z roku 2012. Podklad sdružuje oblasti stejného typu nebo zobrazuje převládající typ pozemku. Přesnost podkladu je řádově v desítkách metrů.

Stanovení čísel CN

Čísla CN se pro konkrétní pozemky stanovují obvykle podle tabulek. Pro potřeby projektu Strategie byla využívána modifikovaná tabulka 1, která vychází z [5]. Pro vlastní stanovení je potřeba znát druh povrchu a hydrologickou skupinu půd (HSP). Na vodních plochách se hodnoty CN nestanovují. Ke splnění cílů řešení byly vytvořeny dvě rastrové vrstvy čísel odtokových křivek CNII s rozlišením pixelu 10 m × 10 m. Jedna vrstva uvažuje stav současného využití území, druhá vrstva vyjadřuje stav území s návrhovými opatřeními, viz [1]. V každém pixelu je uvedena průměrná hodnota čísel CN stanovená váženým průměrem z typů povrchů a půd v uvedeném pixelu.

Tabulka 1. Hodnoty CNII pro jednotlivé druhy povrchu a hydrologické skupiny půd
Table 1. CNII values for individual types of surfaces and hydrological types of soils
Smelik-tabulka-1

Předchozí nasycení půdy

Aktuální vlhkost půdy (nasycení vodou) má vliv na intenzitu vsakování a tím na hodnoty CN. Odtokové křivky se v praxi stanovují pro stavy, kdy je před přívalovými srážkami půda suchá (CNI), středně nasycená (návrhový stav CNII) nebo nasycená (CNIII) vodou z předcházejících dešťů. Poskytovatelem dat o nasycenosti území je ČHMÚ. Hodnoty CNII se stanovují podle tabulky 12, hodnoty CNI a CNIII se stanovují přepočtem z CNII podle rovnic (1) a (2) podle [11]. Ukazuje se, že při vyšších hodnotách CNII (od CN > 50) v kombinaci se suchým stavem nasycení povodí vycházejí hodnoty maximální retence velmi vysoké. Proto se doporučuje přepočet na stav CNI pro klimatické podmínky v České republice nepoužívat [8].

 

Smelik-vzorec-1

 

 

Smelik-vzorec-2

 

Výpočet výšky přímého odtoku

Výpočet výšky přímého odtoku, respektive objemu přímého odtoku, se provádí pomocí empirických rovnic stanovených z dlouhodobého výzkumu. Rovnice (3) slouží ke stanovení maximální potenciální retence A (mm), která je pouze funkcí čísel CN (-), respektive CNII. Výpočet probíhá odděleně pro návrhové stavy před a po návrzích opatření.

 

Smelik-vzorec-3

Je­li srážkový úhrn HS (mm) větší než hodnota počáteční ztráty, která má hodnotu stanovenou výzkumy 20 % maximální potenciální retence A, provede se výpočet výšky přímého odtoku HO (mm) podle rovnice (4). V opačném případě je vypočtený odtok nulový. Výpočet probíhá odděleně pro scénáře s dobou opakování 20, 100 a 200 let a návrhové stavy před a po návrzích opatření.

Smelik-vzorec-4

Objem přímého odtoku Oph (m3) se pro konkrétní povodí stanoví pomocí rovnice (5), kde vstupy jsou výška přímého odtoku HO (mm) a plocha povodí Pp (km2). Výpočet probíhá odděleně pro scénáře s dobou opakování 20, 100 a 200 let a návrhové stavy před a po návrzích opatření.

 

Smelik-vzorec-5

Výpočet maximální potenciální retence, výšky přímého odtoku a objemu přímého odtoku byl proveden pomocí softwaru ArcGIS 10.0. Před vlastním výpočtem bylo potřeba provést přípravu vstupních dat, která spočívala ve sjednocení velikosti gridu rastru na 10 m × 10 m a souřadného systému na S­JTSK. V případě výchozího rozlišení 1 km × 1 km u srážkových úhrnů došlo pouze k homogennímu rozložení do gridu 10 m × 10 m. Výpočty rovnic (4) a (5) pro oba návrhové stavy (před a po návrzích) a tři doby opakování (20, 100 a 200 let) probíhaly v Raster calculatoru. Pro stanovení objemu přímého odtoku Oph bylo potřeba znát plochy povodí IV. řádu Pp. Povodí IV. řádu bylo zvoleno proto, že metoda CN křivek má omezenou použitelnost pro velká území. Plochy Pp byly získány z vektorové vrstvy rozvodnic IV. řádu pro Českou republiku. Pro stanovení průměrných hodnot výšek odtoku HO pro jednotlivá povodí IV. řádu byla využita funkce „Zonal statistic as table“. Hodnoty Pp a HO byly vloženy do programu MS Excel a pomocí rovnice (5) se stanovil objem odtoku Oph. Byly vypočítány změny odtokových poměrů, viz kapitolu Výsledky analýz.

Navrhovaná opatření

Snížení odtoku z povodí po přívalových srážkách souvisí se snahou omezit erozní činnost deště. Po dopadu kapky deště na povrch dojde k prvotnímu narušení krycí vrstvy půdy. Při delším účinku deště a nedostatečném vsakovaní dochází k odtoku vody z místa dopadu kapky. Odtok je nejdříve plošný, ale po několika metrech přechází v soustředěný odtok vody, který má již dostatek energie k vytvoření erozní rýhy. Ta se v průběhu deště zahlubuje a odnos půdy se urychluje. Cílem opatření je zmenšit a zpomalit nebo zastavit množství suspenze vody a půdy, která odtéká po svazích.

U horních povodí není vzhledem k rychlému průběhu povodní prostor pro operativní řízení. Proto je potřeba se na přívalové srážky vhodně zvoleným souborem opatření připravit. Preferovaným řešením je změna odtokových poměrů. Ta nemusí zahrnovat jen nákladné investice do opatření, jakými jsou komplexní pozemkové úpravy, stavby akumulačních prostorů nebo protipovodňová opatření v intravilánech obcí. Lze navrhnout také nestrukturální organizační opatření, která se dají rozdělit do dvou kategorií: vyloučení pěstování erozně nebezpečných plodin (VENP) a používání protierozních agrotechnologií. Mezi strukturální opatření se řadí záchytné průlehy a příkopy, protierozní meze, ochranná zatravnění, zasakovací pásy, ochranné pásy podél vodních toků, stabilizace drah soustředěného odtoku, stavby vodních nádrží a ochranných nádrží a vymezení oblastí pro řízený rozliv do inundace. Přehled navrhovaných ideových opatření s hodnotami čísel odtokových křivek pro střední nasycení CNII a čtyři skupiny hydrologických skupin půd jsou uvedeny v tabulce 2. Jejich rozložení v území je uvedeno na mapovém portálu „Voda v krajině“ [1].

Tabulka 2. Hodnoty CNII pro jednotlivá navrhovaná opatření a hydrologické skupiny půd
Table 2. CNII values for individual designed protection and hydrological types of soils
Smelik-tabulka-2

Strukturální opatření, která řeší změnu odtokových poměrů technickými opatřeními, jsou náročná na přípravu a finanční prostředky. Přípravné práce před realizací návrhů opatření řeší vlastní technický návrh podle platných norem, návaznost na stávající stavby, zákonné potřeby a požadavky vlastníků okolních a dotčených pozemků. Stavbou se nesmí zhoršit odtokové podmínky v jiných místech povodí. Jedním z nejsložitějších úkolů přípravy je výkup pozemků pro vlastní navrhované stavby.

Změna odtokových poměrů

Každá výše uvedená změna s sebou přináší snížení hodnot čísel CN, zvýšení maximální potenciální retence, snížení výšky odtoku a snížení objemu odtoku. Objem odtoku se výrazně projeví v případě, že se změna využití území aplikuje na větším území. Nejlepších výsledků je dosaženo při změně využití pozemku z orné půdy na les [8]. Méně účinná, ale stále přínosná je změna z orné půdy na přirozené louky nebo změny luk a pastvin na les. Změna přirozených luk na lesy má z uvažovaných možností změn nejmenší efekt. Pozitivní efekt těchto změn se bude dále zvětšovat s rostoucí výškou srážkového úhrnu. Zmenšení výšky odtoku je způsobeno pomalejším odtokem a tím i větším časem na vsáknutí (infiltrace vody) do půdy. Je nutné podotknout, že zvětšení vsaku má pozitivní vliv na aktuální povodňovou událost z přívalových srážek, ovšem na roční bilanci stavu podzemních vod se změna využití pozemku projeví jen minimálně, neboť infiltrace je krátkodobá.

Výsledky analýz

Znalost odtokových podmínek a potřeb ochrany území byla v rámci projektu Strategie podkladem k návrhům vhodných opatření, případně celého komplexu opatření v plochách povodí, viz [1]. Na základě porovnání objemů přímého odtoku pro současný stav využití území s objemy přímého odtoku pro návrhový stav s protierozními opatřeními v jednotlivých povodích lze stanovit, jaký mají navrhovaná ideová opatření vliv na změnu odtokových poměrů. Výsledky řešení byly využity pro hodnocení účinnosti navržených opatření na zemědělské půdě.

Změny odtokových poměrů byly vyhodnoceny pro případ CNII s návrhovými 24hodinovými srážkami se třemi dobami opakování (20, 100 a 200 let). Pro jednotlivá povodí IV. řádu bylo podle rovnice (6) provedeno srovnání relativních odchylek výšek odtoku ∆r (%) současného HO,soucasnost a návrhového stavu HO,navrh území pro jednotlivé doby opakování, viz obr. 2. Z grafu je patrné, že na velké části povodí IV. řádu nedošlo k žádným návrhům (∆r = 0). Většina relativních odchylek je menších než cca 50 %. Se zvětšujícími se hodnotami relativních odchylek klesá jejich četnost rychleji u větších dob opakování. To platí i u absolutních odchylek na obr. 3. Se zvětšujícími se hodnotami ∆r je pokles četností v případě doby opakování N = 20 přibližně lineární, u dob opakování N = 100 a N = 200 má exponenciální průběh. Rozložení hodnot ∆r je výrazně jiné pro dobu opakování N = 20 než u dob opakování N = 100 a N = 200.

Smelik-vzorec-6

Dále bylo pro jednotlivá povodí IV. řádu provedeno podle rovnice (7) srovnání absolutních odchylek výšek odtoku ∆a (mm) současného HO,soucasnost a návrhového stavu HO,navrh území pro jednotlivé doby opakování, viz obr. 3. Z grafu je patrné, že většina absolutních odchylek je menších než cca 15 mm. Účinek relativního snížení výšky odtoku se snižuje se zvětšující se dobou opakování.

Smelik-vzorec-7

Poslední analýza se zabývala srovnáním absolutních odchylek (rozdílů) objemů odtoku ∆Oph (m3) současného Ophsoucasnost a návrhového stavu Ophnavrh území podle rovnice (8) pro jednotlivá povodí IV. řádu a pro jednotlivé doby opakování, viz obr. 4. Z grafu je patrné, že většina odchylek je menších než cca 300 tisíc m3 v jednom povodí. Většina povodí IV. řádu je schopna zachytit objem vody v řádu desítek tisíc m3.

Smelik-vzorec-8

Závěr a diskuse

Dílčím úkolem projektu Strategie bylo stanovení odtokových poměrů v povodích IV. řádu pro území celé České republiky. Vyjádřit odtokové vlastnosti území pomocí automatizovaného postupu v prostředí GIS při znalosti návrhových srážek, typu povrchu a způsobu jeho využití umožňuje metoda čísel odtokových křivek (CN). Přestože má metoda svá omezení a původně byla odvozena pro malá nesvažitá povodí, používá se v podmínkách ČR i pro větší a svažitější povodí. Výpočet odtoku z celého povodí byl proveden pro současný stav využití území. V některých povodích byla v teoretické rovině na zemědělských pozemcích navržena protierozní a protipovodňová opatření, viz [1]. Cílem návrhů bylo zvýšit zasakovací schopnost krajiny, zpomalit a snížit odtok z území během přívalové epizody. Návrhy strukturálních a nestrukturálních opatření na zemědělské půdě, na tocích a v nivě včetně zastavěného území a v podobě nových retenčních prostor jsou koncipovány tak, aby došlo ke změně odtokových poměrů. Podle zkušeností lze očekávat, že realizovatelnost těchto opatření bude úzce svázaná s prováděním komplexních pozemkových úprav. Po návrzích došlo k opětovnému výpočtu odtoku z povodí, v tomto případě na nové vrstvě CN zohledňující navrhovaná opatření v území. Následně došlo k vyhodnocení změn odtokových poměrů a srovnání charakteristik odtoku pro tři návrhové srážky (24hodinový déšť s dobou opakování 20, 100 a 200 let).

Smelik-2
Obr. 2. Rozložení četnosti relativních odchylek výšek odtoku před a po návrzích
Fig. 2. Histogram of relative deviations of actual runoff for states before and after proposals
Smelik-3
Obr. 3. Rozložení četnosti absolutních odchylek výšek odtoku před a po návrzích
Fig. 3. Histogram of absolute deviations of actual runoff for states before and after proposals
Smelik-4
Obr. 4. Rozložení četnosti absolutních odchylek objemu odtoku před a po návrzích
Fig. 4. Histogram of absolute deviations of runoff volume for states before and after proposals

Podle doby opakování deště nedošlo na 20 až 36 % povodí IV. řádu (z celkových 8 958 povodí) ke změnám odtokových poměrů. To je způsobeno tím, že v povodích nebyla navržena žádná opatření nebo srážkový úhrn nepřesáhl očekávanou počáteční infiltraci. Na většině území České republiky došlo ke snížení výšky přímého odtoku HO. Relativní snížení výšky odtoku se pohybuje obvykle do 50 %. V absolutních hodnotách dochází po návrzích ke snížení výšky odtoku do cca 15 mm, většinou ale jen do 10 mm. Vzhledem k tomu, že povodí mají různou rozlohu, je vhodnější a více vypovídající charakteristikou objem odtoku z povodí. Většina povodí IV. řádu je schopna pomocí návrhových opatření pojmout navíc objem vody v řádu desítek tisíc m3, výjimečně až stovek tisíc m3. Celková absolutní změna objemu za celou ČR je v případě doby opakování 20 let 238 mil. m3, doby opakování 100 let 181 mil. m3 a doby opakování 200 let 198 mil. m3, což je pro představu trojnásobek až čtyřnásobek celého retenčního prostoru Orlické přehrady.

V mnohých případech je změna v odtokových poměrech nepatrná a někdy dokonce zanedbatelná. V takových případech nemá valný význam navrhovat drahá a organizačně náročná opatření v ploše povodí. K tomuto zjištěnému faktu bylo v dalších fázích řešení projektu Strategie přihlíženo.

V mapové aplikaci [1] v sekci „Erozní ohrožení zemědělské půdy“ lze v horním pravém rohu zobrazit seznam vrstev. V části „erozni_ohrozeni_zem_pudy“ lze zobrazovat zvlášť navrhované retenční nádrže a ostatní technická i netechnická opatření. Lze zobrazit návrhy na změny pěstování kultur, osevních postupů nebo technických protierozních opatření. V části „analyticke_rastry“ lze zobrazovat rozložení CNII nebo erozní smyv před návrhem opatření, případně zobrazit sklonitost terénu.

Poděkování

Článek vznikl na základě výsledků projektu Strategie ochrany před negativními dopady povodní a erozními jevy přírodě blízkými opatřeními v České republice, který byl řešen v letech 2014 a 2015 a který byl financován prostředky OPŽP. Za spolupráci na řešení projektu děkuji Ing. Ladislavu Kašpárkovi, CSc., a za korekci příspěvku Ing. Karlu Drbalovi, Ph.D.

Posted by & filed under Hydraulika, hydrologie a hydrogeologie.

Souhrn

Komplexní systém opatření na ochranu před dopady eroze a povodní z přívalových srážek byl vytvořen pro zhruba 80 % území České republiky. Je založen především na přírodě blízkých opatřeních na zemědělské půdě a tocích a jejich nivách. Před vlastními návrhy byla provedena analýza výchozího stavu, týkajícího se např. aktuálního krajinného pokryvu, erozního smyvu, hydromorfologického stavu toků apod. Jednotlivá opatření v ploše povodí na zemědělské půdě byla navrhována a aplikována na ucelených půdních blocích a vycházela z platné certifikované metodiky Janečka [1]. Opatření na tocích byla navrhována v souladu s metodikou Ministerstva životního prostředí na řešení protipovodňové a protierozní ochrany pomocí přírodě blízkých opatření [2].

Uhrova-3

Úvod

Návrh komplexního systému sestaveného především z přírodě blízkých protierozních a protipovodňových opatření byl jedním z hlavních cílů projektu Strategie ochrany před negativními dopady povodní a erozními jevy přírodě blízkými opatřeními v České republice (dále jen „projekt Strategie“). Uvedený systém je složen z opatření v ploše povodí, která snižují erozní odnos půdy, zvyšují retenci vody v krajině a ekologickou stabilitu krajiny. Dále jsou zahrnuta opatření na tocích, která zlepšují hydromorfologické vlastnosti toků, zvyšují jejich ekologicko­‑stabilizační funkce a současně doplňují ochranu území před negativními účinky povodní.

Základem všech prací byla aplikace Metodiky odboru ochrany vod, která stanovuje postup komplexního řešení protipovodňové a protierozní ochrany pomocí přírodě blízkých opatření, zveřejněná ve Věstníku MŽP č. 11/2008 [2] (dále jen „Metodika PBPO“). Smyslem této metodiky je vytvořit konkrétní věcný a metodický rámec komplexního řešení protipovodňové a protierozní ochrany území a přiblížit se původnímu přírodnímu stavu toků a niv. Metodika PBPO stanoví jednotný postup při analýze a návrzích soustavy přírodě blízkých opatření. Vlastní metodika byla vytvořena pro účely plánování v oblasti vod podle Rámcové směrnice o vodách 2000/60/ES [3] (dále jen RSV) a pro efektivní vynakládání finančních prostředků v oblasti ochrany vod a obnovy vodního režimu.

Součástí prací na projektu Strategie byly také analýzy prováděné v souladu s platnými metodickými návody, technickými normami a postupy vycházejícími ze základních postupů vědních disciplín popsaných v odborné literatuře, jako např.:

  • stanovení míry erozního ohrožení a návrhy opatření v ploše [1],
  • lokalizace výskytu možných nepříznivých účinků soustředěného povrcho-vého odtoku s využitím tzv. kritických bodů identifikujících rozhodující plochy
    z hlediska tvorby soustředěného povrchového odtoku a stanovení zastavěného území obce [4],
  • kategorizace vodních toků s potenciálem fluviálních procesů a úseků toků na jednotlivé geomorfologické typy (postupy geomorfologického hodnocení vodních toků jsou popsány v základní odborné literatuře oboru geomorfologie),
  • standardní postupy výpočtu pro vyjádření směru a velikosti povrchového odtoku vody z plochy povodí pomocí nativních funkcí a nadstaveb programového prostředí GIS [5],
  • vytvoření mapy tříd erozního ohrožení s identifikací na bloky LPIS [5].

Provedené analýzy umožnily popsat výchozí stav řešeného území a lokalizovat tak oblasti, do kterých je třeba směřovat návrhy opatření. Spolu s nimi byla provedena excerpce dostupných podkladů o realizovaných, popř. navržených protipovodňových a protierozních opatřeních na tocích a v ploše povodí. Čerpáno bylo především z projektů ukončených pozemkových úprav, ze studií protipovodňové ochrany, z projektů revitalizací a z plánů dílčích povodí. Stávající nebo plánovaná opatření identifikovaná z těchto podkladů byla zakomponována do uceleného systému opatření vytvářeného v projektu Strategie.

Opatření byla navrhována v různé míře podrobnosti v území s velmi vysokou a vysokou mírou ohrožení povodněmi a erozí. Celkově se jedná o 89 povodí III. řádu (z celkového počtu 120), což představuje cca 80 % rozlohy území celé České republiky.

Hlavním řešitelem projektu Strategie byl Výzkumný ústav vodohospodářský T. G. Masaryka, v. v. i., a dále se na něm podílelo sdružení společností Sweco Hydroprojekt a. s., VRV, a. s., SINDLAR Group, s. r. o., a WASTECH, a. s.

Návrhy opatření na zemědělské půdě

Efektivní komplexní systém opatření je možné navrhovat jen v rámci uceleného hydrologického celku a na základě dostatečné znalosti řešeného území. Protierozní opatření na zemědělské půdě byla navrhována a aplikována pouze na vymezených ucelených půdních blocích. Pro ně byly shromážděny informace o vegetačním pokryvu, který představovaly čtyři základní kultury: orná půda, vinice, chmelnice a sady [6]. Následně byly zjišťovány další parametry půdních bloků potřebné ke stanovení erozního ohrožení, jako např. délky nepřerušeného svahu, sklony svahů apod.

Stanovení ohroženosti půdy vodní erozí

Výpočet erozního ohrožení vychází z tzv. „Univerzální rovnice pro výpočet dlouhodobé ztráty půdy erozí – USLE“ podle Wischmeiera a Smithe [7] založené na principu přípustné ztráty půdy na jednotkovém pozemku. Hodnota přípustné ztráty půdy slouží ke stanovení míry erozního ohrožení pozemku a je definována jako maximální velikost eroze půdy, která dovoluje dlouhodobě a ekonomicky postupně udržovat dostatečnou úroveň úrodnosti půdy [1]. Ztráta půdy vodní erozí se stanoví na základě rovnice:

Uhrova-vzorec-1
kdeG jeprůměrná dlouhodobá ztráta půdy [t·ha-1·rok-1],
Rfaktor erozní účinnosti dešťů, vyjádřený v závislosti na kinetické energii, úhrnu a intenzitě erozně nebezpečných dešťů [MJ·cm·ha-1·h-1],
Kfaktor erodovatelnosti půdy, vyjádřený v závislosti na textuře a struktuře ornice, obsahu organické hmoty v ornici a propustnosti půdního profilu [-],
Lfaktor délky svahu, vyjadřující vliv nepřerušené délky svahu na velikost ztráty půdy erozí [-],
Sfaktor sklonu svahu, vyjadřující vliv sklonu svahu na velikost ztráty půdy erozí [-],
Cfaktor ochranného vlivu vegetačního pokryvu, vyjádřený v závislosti na vývoji vegetace a použité agrotechnice [-],
Pfaktor účinnosti protierozních opatření [-] [1].

 

Podle platné metodiky [1] je v současné době doporučena průměrná hodnota faktoru erozní účinnosti deště (R faktor) 40 MJ·cm·ha-1·h-1, což představuje dvojnásobek hodnoty R faktoru používané pro výpočty do roku 2012. Toto navýšení je výsledkem nejnovějších analýz dlouhodobých řad ombrografických záznamů, které způsobují zrychlování erozních procesů.

Faktor erodovatelnosti půdy (K) je stanovován na základě hlavních půdních jednotek (HPJ) odvozených z použitého podkladu databáze bonitovaných půdně ekologických jednotek (BPEJ), pro které je přiřazena hodnota faktoru. Hodnotu C faktoru udává krajinný pokryv pozemku (tabulka 1).

Tabulka 1. Hodnota C faktoru pro konkrétní kultury
Table 1. The C factor for the particular culture
Uhrova-tabulka-1

Dalším krokem zpracování je identifikace a vymezení stupňů erozního ohrožení a jejich porovnání s maximální přípustnou ztrátou půdy podle hloubky půdy. Přípustná hodnota ztráty půdy (Gp) odpovídá hodnotám, které by na lokalitách s danou hloubkou půdního profilu neměly být překročeny s ohledem na zachování funkcí půdy a její úrodnosti. U mělkých půd (půdní profil do 30 cm) představuje přípustná ztráta půdy 1 t·ha-1·rok-1. Pro středně hluboké (30–60 cm) a hluboké půdy (nad 60 cm) je přípustná ztráta půdy 4 t·ha-1·rok-1. Hloubku půdního profilu udává poslední číslice číselného kódu bonitované půdně ekologické jednotky (BPEJ). Pozemky s mělkými půdami s hloubkou do 30 cm by neměly být využívány pro polní výrobu a z hlediska zachování jejich trvalé úrodnosti se doporučuje jejich převedení do kategorie trvalých travních porostů. Podle vypočtené ztráty půdy byly půdní bloky rozděleny do čtyř stupňů erozního ohrožení půd (tabulka 2). Návrh vymezení stupňů erozního ohrožení vychází z kategorizace podle Dýrové [8].

Vzhledem k tomu, že od roku 2012 je při výpočtu průměrné roční ztráty používána dvojnásobná hodnota R faktoru, může být přípustná ztráta půdy vodní erozí překročena i v místech, kde byla PBPO v minulosti již navrhována a i realizována podle výsledků stanovení erozního ohrožení při použití nižší hodnoty R faktoru.

Tabulka 2. Stupně erozního ohrožení podle x­‑násobku překročení hodnot přípustné ztráty půdy (upraveno podle [8])
Table 2. The degree of erosion threat by x­‑times exceeding the tolerable erosion levels (adapted from [8])
Uhrova-tabulka-2

Přehled opatření uplatňovaných na zemědělské půdě

Organizační opatření

Patří k nejjednodušším protierozním opatřením z hlediska realizace. Vychází především ze znalostí příčin erozních jevů a zákonitostí jejich rozvoje a vyúsťují v obecné protierozní zásady, jako je optimální funkční a prostorové uspořádání pozemků a změna v rozmísťování plodin podle jejich ochranného vlivu na půdu (např. včasný termín výsevu plodin, rozmístění plodin podle svažitosti pozemku, pásové střídání plodin, protierozní osevní postupy apod.). Obecně lze organizační protierozní opatření popsat jako opatření, která protierozní ochranu řeší návrhem optimálního tvaru pozemku a jeho situování vůči terénu (svahu) a situováním pěstovaných plodin v závislosti na erozní ohroženosti. Důležitou úlohu tvoří vegetační pokryv, který chrání půdu před erozním účinkem kapek, zároveň podporuje vsak vody do půdy a svými kořeny zpevňuje půdu, která se stává odolnější vůči eroznímu působení tekoucí vody.

Agrotechnická opatření

Protierozní agrotechnická opatření se používají ke zlepšení vsakovací schopnosti půdy, zvýšení její protierozní odolnosti a k vytvoření ochrany jejího povrchu především v období výskytu přívalových srážek. Uvedená opatření navazují svým charakterem na opatření organizační a patří mezi ně: hrázkování a důlkování povrchu půdy, zatravnění meziřadí, mulčování apod. Pokud to sklon a systém mechanizačních prostředků dovolují, měla by být uplatněna zásada provádění agrotechnických operací ve směru vrstevnic, nejvýše s malým odklonem od tohoto směru.

Technická protierozní opatření

Technické liniové prvky protierozní ochrany přerušují délku svahu a napomáhají rozptýlení povrchového odtoku. Jsou navrhovány také tak, aby svou lokalizací usměrňovaly obdělávání pozemků a způsob hospodaření zemědělských subjektů. Vedle základní protierozní funkce mají spolu s doprovodnou zelení velký význam i z hlediska krajinně estetického a ekologického. Systém liniových protierozních prvků v kombinaci se zelení může fungovat v krajině i jako nezbytná součást lokálních biokoridorů a tvořit tak základ územních systémů ekologické stability krajiny. Mezi technická protierozní opatření je možné zahrnout: průlehy, příkopy, hrázky, retenční nádrže. Průlehy a příkopy mohou sloužit k zasakování srážkových vod nebo k jejich odvádění mimo urbanizovaná území do recipientu nebo do nádrže.

Zasakovací pásy podél vodních toků

Tento typ nepatří mezi typická protierozní opatření. Jeho ochranná funkce spočívá především v převedení části vody přitékající z přilehlých pozemků k vodoteči na infiltraci. Je tím podporována retenční schopnost území a také omezován transport splavenin a na ně vázaných látek do recipientu. Kde to bylo vhodné, byly podél vodních toků navrhovány v šířce 20 m od břehové hrany.

Návrhy opatření na zemědělské půdě

Jak již bylo uvedeno, podrobnost návrhů opatření na zemědělské půdě se lišila podle míry ohrožení povodněmi a erozí (velmi vysoká, vysoká a střední míra ohrožení). Řešení se zaměřilo na území, které spadalo do prvních dvou kategorií.

Na půdních blocích se speciálními kulturami (vinice, chmelnice a sady), které v České republice zaujímají výměru okolo 41 tisíc ha, byla opatření řešena pouze obecnými doporučeními, jako je např. zatravnění meziřadí apod. Výchozím stavem pro posouzení speciálních kultur byl stav intenzivního využití (kypřené meziřadí) jako nejhorší možný stav. Vznik eroze půdy v trvalých kulturách je umožněn zejména širokým rozestupem pěstovaných rostlin (dřevin). Dalším vlivným faktorem je výskyt těchto kultur na svažitých pozemcích a velká souvislá plocha takto obhospodařované zemědělské půdy.

V katastrálních územích, kde již byly ukončeny pozemkové úpravy, byla opatření navržená v plánech společných zařízení zahrnuta již do výpočtu výchozího erozního ohrožení. Vzhledem ke změnám ve výpočtu erozního smyvu (zvýšení R faktoru na hodnotu 40) mohlo dojít k situaci, že některé půdní bloky nesplňovaly přípustnou ztrátu půdy. V takových případech byla navrhována doplňující opatření, jako např. zatravnění, změny osevních postupů apod.

Na orné půdě byla navrhována opatření, pokud bylo na půdním bloku dosaženo stupně ohrožení 2–4 (tabulka 2), tzn. střední až velmi silné ohrožení erozí. Nejprve byly na řešených plochách paušálně implementovány tyto dva typy opatření:

  • Stabilizace drah soustředěného odtoku (DSO) v šířce 20 m. Podkladem pro jejich identifikaci byly informace Ministerstva zemědělství ČR z roku 2013, kdy proběhlo vyhodnocení výrazných konvergentních svahů s projevy soustředěného odtoku, eroze a sedimentace na ortofotomapách.
  • Návrh zatravnění na všech půdních blocích (PB) s převážně mělkou půdou (tj. půdní profil do hloubky 30 cm). Tyto PB nejsou vhodné pro zemědělské využití z hlediska dlouhodobé udržitelnosti.

Po aplikaci těchto paušálních opatření následovalo nové stanovení a vyhodnocení erozního smyvu a stupně erozního ohrožení. Pokud nebylo u půdního bloku dosaženo přípustné ztráty půdy, byl tento půdní blok dále předmětem podrobnějšího řešení. Nejdříve byla navrhována agrotechnická a organizační opatření (implementace navržených ochranných osevních postupů v kombinaci s půdoochranným obděláváním a pásovým hospodařením). Pokud opět nedošlo k dosažení požadovaného stupně ochrany na řešeném bloku orné půdy, byla aplikována technická protierozní opatření a zatravnění (obr. 1).

Technická protierozní opatření byla navrhována za účelem omezení hodnoty LS faktoru, tzn. změny délky a sklonu svahu pozemku s tím, že byla upřednostněna opatření zasakovací před odváděcími. V oblastech s vysokým stupněm erozního ohrožení byla navržená opatření podrobně vymezena. Pro každou lokalitu byl volen příslušný prvek podle místní vhodnosti a lokálních požadavků.

Celkový přehled navržených opatření

Rozsah území pro návrhy opatření na zemědělské půdě byl vymezen půdními bloky (PB) podle databáze LPIS, které byly rozděleny do čtyř základních kultur (tabulka 3).

Tabulka 3. Rozsah zemědělské půdy zahrnuté do řešení
Table 3. The extent of agricultural land included in the solution
Uhrova-tabulka-3

Po implementaci paušálních opatření (zatravnění mělkých půd a stabilizace drah soustředěného odtoku) zůstalo stále více než 1,36 mil. ha orné půdy v řešeném území erozně ohroženo. U zhruba poloviny z nich (cca 761 tis. ha) byly navrženy vhodné osevní postupy, popř. změna agrotechniky, u zbývajících pak technické protierozní opatření, popř. trvalé zatravnění.

Jako součást technických opatření na zemědělské půdě byly navrhovány i retenční nádrže. Celkem se jednalo o 39 suchých nádrží bez trvalého přítoku umístěných na dráhách soustředěného odtoku. Jednotlivé nádrže jsou definovány plochou zátopy, která byla posouzena z pohledu možných kolizí se zastavěným územím, popř. významnou infrastrukturou. Na tocích pak bylo v rámci projektu dále navrženo 899 profilů malých vodních nádrží, jejichž hlavním účelem je ochrana před povodněmi.

V katastrech, kde již byly v území s velmi vysokou mírou ohrožení povodněmi a erozí ukončeny pozemkové úpravy, výpočet erozního smyvu ukázal, že téměř 165 tis. ha je stále erozně ohroženo. Tento výsledek je možné z velké části přičítat změnám při stanovení erozního ohrožení (zvýšení R faktoru, snížení hodnot přípustné roční ztráty půdy [1]). Významnou roli zde může hrát i fakt, že pozemkové úpravy byly v minulosti zaměřeny především na vypořádání vlastnických vztahů a zpřístupnění pozemků. Změny odtokových poměrů a řešení eroze jsou v projektech pozemkových úprav zohledňovány významněji až v posledních letech. Výsledek pozemkových úprav značně ovlivňuje také nezbytnost projednat navrhované opatření s vlastníkem pozemku a získání jeho souhlasu.

Uhrova-1
Obr. 1. Příklad návrhů opatření na zemědělské půdě (TPEO – technická protierozní opatření)
Fig. 1. Example of draft measures on agricultural land (TPEO – technical erosion control measures)

Opatření na vodních tocích a v nivách

Návrhy opatření na vodních tocích a nivách jsou založeny na kategorizaci přírodě blízkých protipovodňových opatření (dále jen „kategorizace PBPO“) uveřejněné v Metodice PBPO [2]. Týkaly se páteřních toků povodí IV. řádu v území s velmi vysokou a vysokou mírou ohrožení povodněmi a erozí.

Úseky toků, pro něž byla opatření navrhována, vzešly z posouzení možnosti reverze jejich antropogenního ovlivnění a jejich geomorfologického potenciálu přirozeného stavu toku a nivy. Byly definovány úseky vodních toků, jejichž nivy disponují potenciálem pro akumulaci, řízené rozlivy, popř. jsou vhodné pro jiné typy opatření. Jako nevhodné byly vyřazeny úseky toků s nivou omezenou podélnými stavbami (hráze, násypy komunikací, rozsáhlé terénní úpravy) nebo se zástavbou v aktivní inundaci, popř. úpravami toku, které zásadním způsobem ovlivnily kapacitu koryta. Před vlastními návrhy byla do úseků toků promítnuta opatření navržená v plánech dílčích povodí a studií proveditelnosti financovaných Operačním programem Životní prostředí.

Uhrova-2
Obr. 2. Příklad návrhů opatření na tocích a nivách v území s velmi vysokou mírou ohrožení povodněmi a erozí
Fig. 2. Example of draft measures on rivers and floodplains in areas with very high threat of flood and erosion

V území s velmi vysokou mírou ohrožení povodněmi a erozí (cca 40 % území ČR) byly uplatňovány podle kategorizace PBPO následující typy opatření (obr. 2):

  1. PBPO v nezastavěném území, snížením kapacity koryta revitalizací a formou zvýšení kapacity rozlivů do údolní nivy, které se podílí na transformaci povodňových průtoků.
  2. PBPO v zastavěných oblastech, zkapacitnění koryta a urychlení odtoku, složený profil se stěhovavou kynetou – revitalizovaným korytem, možnost ohrázování zastavěných území.
  3. PBPO transformací povodňové vlny v suchých nádržích a revitalizace toků a niv v zátopě nádrže.
  4. Opatření na tocích, které zajišťují ekologické nebo architektonické funkce toku a nejsou přímou součástí potřebných protipovodňových opatření (např. v parcích a zastavěných oblastech, náhony).
  5. Ochrana fungující retence záplavových území nebo toků v sevřených údolích a realizace dílčích opatření pro zlepšení hydromorfologické struktury toků a niv.
  6. Opatření kombinující typy 1 a 5 + technická protipovodňová opatření (PPO).

Při řešení byly doplněny dvě kategorie PBPO, které jsou kombinací několika stávajících opatření a byly uplatňovány v intravilánu s neznámým cílovým stavem protipovodňové ochrany (PPO) a v místech vodních nádrží a soustav vodních nádrží:

  1. Opatření v intravilánu, u kterého nejsou relevantní informace ohledně stávajícího stavu PPO. Jedná se o kombinaci opatření 2, 4 a 6 z původní kategorizace PBPO.
  2. Opatření na vodních nádržích, které jsou situovány na řešeném vodním toku. Jedná se o kombinaci potenciálních opatření pro zlepšení technického stavu objektů s cílem zvýšení retence a bezpečnosti vodního díla, podpora rozvoje litorálu a dalších přírodě blízkých prvků.

V území s vysokou mírou ohrožení povodněmi a erozí byly navrženy skupiny opatření sestavené z agregovaných základních typů opatření:

  1. Skupina opatření podporující retenci v nivách, včetně ochrany stávajícího stavu zachovalých úseků vodních toků a niv. Kombinuje opatření 1, 5 a 6 původní kategorizace PBPO. V případě přítomnosti vodních nádrží se jedná i o opatření 8.
  2. Skupina opatření podporující protipovodňovou ochranu v zastavěných oblastech. Kombinuje opatření 2, 4 a 6 původní kategorizace PBPO. V případě nedostatku informací o stávající PPO se jedná i o kombinaci s opatřením 7.
  3. Skupina opatření jsou potenciální profily pro realizaci suchých nádrží.
  4. Skupina opatření vázaná na vodní nádrže a soustavy vodních nádrží. Vymezení úseků odpovídá přístupu v rámci opatření 8.

Navržená opatření, popř. skupiny opatření pro jednotlivé úseky vodního toku vychází z potenciálu dané lokality pro možnou aplikaci uvedených opatření. Jedná se tedy o rámcový návrh opatření vhodný pro daný úsek vodního toku, pro něhož lze definovat základní funkční parametry, a dává tak představu projektantům o možnostech PBPO. Konkrétní technické řešení v dané lokalitě vychází ze standardních postupů řešení vodohospodářských staveb.

Závěr

Řešení problematiky eroze a lokálních povodní by měla bezesporu zahrnovat tradiční technické postupy, spočívající v uplatňování ochranných opatření (organizačních, agrotechnických i technických). Na uvedená opatření by měly ovšem také navazovat strategické kroky, které kladou důraz na aplikaci komplexního systému ochrany a organizace povodí a kromě protierozní a protipovodňové ochrany svým účinkem zvyšují retenční schopnosti krajiny a podporují její ekologickou stabilitu. Navržená opatření mají významnou funkci v redukci ztráty půdy vodní erozí a transportu splavenin, jsou také účinnou protipovodňovou ochranou eliminující nepříznivé dopady povrchového odtoku při lokálních (přívalových) srážkách s vysokou intenzitou.

Popisovaná opatření navržená v projektu Strategie nejsou sice legislativně závazná, přesto je v posledních několika letech vytvářena společenská i politická potřeba jejich realizace. Plní úkoly řady vládních usnesení (např. č. 799 ze dne 10. listopadu 2010 [9]).

Navrhovaná opatření se mohou stát závazná až v okamžiku, kdy budou pevnou součástí některých strategických nástrojů rozvoje území, jakými jsou např. územní plán nebo plán dílčího povodí, popř. pozemkové úpravy.

Ačkoliv závaznost navržených přírodě blízkých protipovodňových a protierozních opatření přímo nevyplývá z legislativy, jsme nuceni tato opatření bezodkladně začít řešit ve vazbě na negativní projevy povodní z přívalových srážek a vodní eroze v krajině v důsledku změny klimatu či nevhodným způsobem hospodaření.

Poděkování

Tento příspěvek popisuje výstupy projektu Strategie ochrany před negativními dopady povodní a erozními jevy přírodě blízkými opatřeními v České republice, který byl financován Operačním programem Životní prostředí.

Posted by & filed under Hydraulika, hydrologie a hydrogeologie.

Souhrn

Projekt Strategie ochrany před negativními dopady povodní a erozními jevy přírodě blízkými opatřeními v České republice řeší komplexně možnosti zvýšení retence vody v krajině. Příspěvek stručně popisuje dva z nástrojů pro analýzy a návrhy: použití metody CN křivek a srážkoodtokové modelování.

Úvod

Jedním ze stěžejních cílů projektu Strategie ochrany před negativními vlivy povodní a erozními jevy přírodě blízkými opatřeními v ČR je snížení výšky přímého odtoku při přívalových srážkách, popř. transformace povodňových vln v nádržích. Na základě analýz současného stavu odtokových poměrů byly identifikovány problematické oblasti, ve kterých byl navržen soubor opatření a posléze posouzena jeho efektivita.

Analýza odtokových poměrů

Vyhodnocení odtokových poměrů v povodích ČR před návrhy opatření spočívalo ve vytvoření gisových vrstev hodnot CN (čísla odtokových křivek), směrů odtoku a akumulace odtoku. Dále byla vyhodnocena potenciální retence A (mm), výšky přímého odtoku Ho (mm) a objemy přímého odtoku Oph (m3) při návrhových srážkách pro povodí III. a IV. řádu. Tím byly připraveny podklady pro návrhy retenčních prostor, vyhodnocení změn odtokových poměrů po návrzích opatření a podklady pro detailní posouzení efektů navržených opatření.

K určení možné retence území byly využity vrstvy CN hodnot ve třech stupních předchozího nasycení povodí. Pro území ČR byla vytvořena souvislá vrstva způsobu využití území, jejímž základem byla geodatabáze půdních bloků LPIS rozšířená o vrstvu PUPFL (pozemky určené pro plnění funkce lesa) a doplněná daty ze ZABAGEDu. Vrstva způsobu využití území byla prolnuta s vrstvou hydrologických skupin půd.

Konkrétní hodnoty pro výchozí vrstvu CN II (střední stupeň nasycení) jsou obsaženy v tabulce 1. Pro ornou půdu byly hodnoty CN rozlišeny pro dvě varianty: detail a povodí. Pro variantu detail byly použity poměrně vysoké hodnoty (možnost souběhu nepříznivých osevních postupů na celém povodí) a tato varianta je využívána pro analýzy malých povodí s plochou do 10km2. Pro variantu povodí byla hodnota CN snížena – odpovídá průměru pro širokořádkové plodiny a úzkořádkové plodiny.

Tabulka 1. Hodnoty CN II pro jednotlivé způsoby využití území a hydrologické skupiny půd (HSP)
Table 1. Values of CN II for different land­use and hydrological soil groups (HSP)
Stehlik-tabulka-1

Hodnoty uvedené v tabulce jsou platné pro střední stupeň Indexu předchozích srážek (IPS II). IPS je určován na základě 5denního úhrnu předcházejících srážek. IPS I je „suchý“ a určuje stav, který ještě umožňuje uspokojivou orbu a obdělávání (kumulativní úhrn srážek za 5 dní dosáhl méně než 36mm). IPS II je „střední“ a bývá uvažován pro návrhové účely (kumulativní úhrn srážek za 5 dní dosáhl 36 až 53mm). IPS III je „mokrý“ a vyjadřuje stav přesycení předcházejícími dešti (kumulativní úhrn srážek za 5 dní dosáhl více než 53mm).

Hodnoty CN I (pro IPS I) a CN III (pro IPS III) byly odvozeny na základě hodnot CN II v prostředí ArcGIS Raster Calculator podle vzorců uváděných Janečkem a Kovářem [1]:

  • CN I = CN II / (2,334 – 0,011334 CN II),
  • CN III = CN II / (0,4036 + 0,005964 CN II).

 Stehlik-1

Obr. 1. Hodnoty CN II ve variantě „detail“ u orné půdy
Fig. 1. CN II values in a variant „detail“ by arable land

Na základě porovnání objemů přímého odtoku pro současný stav využití území s objemy přímého odtoku pro návrhový stav s protierozními opatřeními v jednotlivých povodích lze stanovit, jaký mají navrhovaná opatření vliv na změnu odtokových poměrů [2]. Nezbytnou součástí ochrany před přívalovými povodněmi je tedy také komplexní protierozní ochrana půdy [3, 4].

Tabulka 2. Hodnoty CN II pro opatření na orné půdě a hydrologické skupiny půd (HSP)
Table 2. Values of CN II for measures on arable land and hydrological soil groups (HSP)
Stehlik-tabulka-2

Posouzení kritických bodů srážkoodtokovými modely

Hodnoty CN posloužily mimo jiné pro výpočet povodňových vln v profilech tzv. kritických bodů, představujících nebezpečí ohrožení intravilánu při přívalových srážkách. V rámci projektu bylo posuzováno celkem 490 kritických bodů v územích kategorie A a B. V potenciálně nejohroženějších povodích kritických bodů byla provedena terénní šetření, významnost kritických bodů byla diskutována s místní samosprávou a byla navržena opatření pro zmírnění možných následků přívalových srážek.

Pro 226 kritických bodů byly sestaveny srážkoodtokové modely v prostředí HEC­HMS. V každém modelu jsou k dispozici výpočty pro stávající stav a návrhový stav řešeného povodí. Při vytváření modelů byla použita metodika podle ČHMÚ [5, 6]. Výpočet objemu přímého odtoku tedy využívá metodu CN­křivek, transformace přímého odtoku metodu jednotkového hydrogramu podle Clarka a postup povodňové vlny v říčních úsecích metodu Muskingum. Zatížení modelů proběhlo návrhovými dvacetiletými a stoletými srážkami. Vzhledem k hromadnému zpracování nebyly při modelování vyhodnocovány možné nejistoty a neurčitosti.

 Stehlik-2

Obr. 2. Modelované profily kritických bodů
Fig. 2. Modeled profiles of critical points

Pro snížení povodňových vln jsou nejúčinnějšími opatřeními vodní nádrže s retenčním prostorem. Nově navrhované nádrže byly do povodí umísťovány podle potřeby ochrany zastavěného území, morfologie terénu a využití území. Navržené nádrže s odvozenou charakteristikou výšky hladiny a objemu byly pro účely základní analýzy efektivnosti uvažovány s přelivem, jehož kóta je 0,5m pod úrovní hladiny při stoleté povodňové vlně. Vedle nádrží působí na retenci v povodích příznivě také protierozní opatření v ploše povodí (snížení hodnoty CN) a revitalizace vodních toků, mírně zpomalující průchod povodní (úprava transformačního faktoru v metodě Muskingum).

V katalogovém listu srážkoodtokového vyhodnocení kritického bodu je mimo jiné znázorněn hyetogram stoleté a dvacetileté srážky. Dále je v grafu možno sledovat hydrogramy stoletého a dvacetiletého odtoku v uzávěrovém profilu kritického bodu v m3/s pro stávající stav a návrhový stav. Další část katalogového listu obsahuje tabelární výčet a vyhodnocení sledovaných veličin pro významné uzly schematizovaného povodí. Sledovanými veličinami jsou plocha povodí v km2, objem povodňové vlny v tis. m3, kulminační průtok v m3/s, maximální zadržený objem v navržených nádržích v tis. m3 a maximální objem nádrží, odpovídající ploše zátopy (v tis. m3). V pravé části tabulky se nachází vyhodnocení změny kulminace v hodnotách průtoku (m3/s) a v procentuálním vyjádření změny.

 Stehlik-3

Obr. 3. Vyhodnocení efektů modelem HEC­HMS pro kritický bod v obci Štěnovický Borek
Fig. 3. Evaluation of effects by HEC­HMS model for the critical point in Štěnovický Borek municipality

Závěr

Uváděné postupy metody CN křivek a srážkoodtokového modelování umožňují posoudit vlivy souboru opatření na odtokové poměry v povodích. Opatření v ploše povodí, opatření na vodních tocích a v nivách i nově navrhované nádrže působí v souhrnu na zlepšení stavu krajiny z hlediska protipovodňového a protierozního i s přesahem do ochrany před výskytem sucha.

Posted by & filed under Hydraulika, hydrologie a hydrogeologie, Informatika, kartografie ve vodním hospodářství.

Souhrn

Článek představuje prezentační portál Voda v krajině (www.vodavkrajine.cz) jako zdroj informací o přírodě blízkých protipovodňových opatřeních. Popisuje obsah a účel jednotlivých částí současné podoby portálu včetně technického řešení a současně zmiňuje úlohu portálu v budoucnosti.

Levitus-1

Obr. 1. Úvodní stránka portálu Voda v krajině
Fig. 1. Homepage of the website “Water in the landscape“

Úvod

Současným účelem prezentačního portálu Voda v krajině (www.vodavkrajine.cz) je přehledná publikace informací a výstupů projektu Strategie ochrany před negativními dopady povodní a erozními jevy přírodě blízkými opatřeními v České republice (dále jen „Strategie“), který řešil Výzkumný ústav vodohospodářský T. G. Masaryka, v. v. i. (dále jen VÚV), v období 01/2011–10/2015 ve spolupráci se sdružením dodavatelů Sweco Hydroprojekt a. s., VRV, a. s., WASTECH, a. s., a SINDLAR Group, s. r. o. Projekt se zabýval analýzou současného stavu krajiny České republiky ve vztahu k problematice ohrožení povodněmi a vodní erozí a následným návrhem souborů vhodných přírodě blízkých protipovodňových opatření (dále jen PBPPO) na vodních tocích a v ploše povodí, která pomohou zvýšit míru ochrany ohrožených oblastí. Podoba úvodní stránky portálu je znázorněna na obr. 1.

Na portálu jsou publikovány tyto hlavní informace a materiály:

  • popis projektu, aktuality a kontaktní informace;
  • popis navržených opatření a jejich prezentace;
  • popis mapových kompozic publikovaných formou webových mapových aplikací obsahujících geografická data navržených přírodě blízkých opatření;
  • podklady pro žadatele o dotace na realizaci opatření;
  • doplňující informace, dokumenty a data ke stažení.

Informace o navržených PBPO

Informace o PBPO navržených v rámci projektu Strategie jsou na portálu publikovány ve formě mapových kompozic a dokumentace.

Mapové kompozice

Geografická podoba PBPO je prezentována formou několika mapových kompozic, jejichž seznam je dostupný po kliknutí na odkaz „Mapové kompozice“ na úvodní stránce portálu, nebo zadáním přímého odkazu www.vodavkrajine.cz/mapove­kompozice do adresního řádku webového prohlížeče.

Jedná se o tyto mapové kompozice:

  • návrhy opatření v povodí kritických bodů,
  • návrhy opatření na vodních tocích a nivách,
  • návrhy opatření na zemědělské půdě,
  • návrhy systému opatření,
  • erozní ohrožení zemědělské půdy,
  • hydromorfologie,
  • odtokové poměry,
  • charakteristiky PUPFL.

Informace o každé mapové kompozici se zobrazí po kliknutí na její název. Náhled informací ukazuje obr. 2.

Levitus-2

Obr. 2. Informace o mapové kompozici
Fig. 2. Information about map composition

Samotná mapová kompozice je publikována v podobě webové mapové aplikace, která je dostupná po kliknutí na adresu uvedenou v části „Webová mapová aplikace“, nebo po kliknutí na obrázek ukázky mapové kompozice.

Uživatelské rozhraní webové mapové aplikace je znázorněno na obr. 3. Podrobný návod k webové mapové aplikaci je možné stáhnout v dolní části úvodní stránky portálu v sekci „Ke stažení“ nebo na stránce „Výstupy“ (www.vodavkrajine.cz/vystupy).

Mapovou kompozici je současně možné připojit do vhodného GIS softwaru (ArcGIS Desktop apod.) v podobě mapové služby ArcGIS Server nebo mapové služby WMS. URL adresy pro připojení těchto služeb jsou uvedeny v popisu každé mapové kompozice.

Dokumentace navržených PBPO

Dokumentace navržených PBPO ve formátu pdf je dostupná po kliknutí na odkaz „Výstupy“ na úvodní stránce portálu nebo zadáním přímého odkazu www.vodavkrajine.cz/vystupy do adresního řádku webového prohlížeče. Vybrané části dokumentace je současně možné stáhnout v dolní části úvodní stránky portálu v sekci „Ke stažení“.

Interpretace obsahu mapového portálu

Výsledná soustava opatření, která je publikována na portálu, představuje návrh cílového stavu území, který vycházel z hodnocení morfologie terénu a odstranění významných kolizí s aktivitami v zastavěném území a prvky VH infrastruktury v krajině. Při sestavování této soustavy opatření byla hledána vhodná kombinace PBPO a ostatních opatření. Nejedná se o konečný neměnný stav navržených opatření, ale o podklad, který bude využíván při zpracování podrobných projektových dokumentací jednotlivých prvků protipovodňové a protierozní ochrany v konkrétním území menšího rozsahu.

Datový balíček

Portál slouží k prezentaci výstupů popisovaného projektu a umožňuje on­line práci s daty pomocí WMS služeb. Pro potřeby odborné veřejnosti byla také připravena sada datových výstupů, kterou je možné získat na základě žádosti na Odboru ochrany vod Ministerstva životního prostředí. Jedná se především o geografická data ve formátu ESRI shapefile (.shp), která umožňují jejich přímé využití v prostředí GIS. Obsahem datové sady jsou výsledky vstupních analýz, které byly provedeny v rámci projektu. Jedná se o tato témata:

  • Vymezení kategorií území pro různé úrovně podrobnosti zpracování,
  • Prostorové informace o využití zemědělského půdního fondu,
  • Vymezení hydrologických skupin půd,
  • Vymezení drah soustředného odtoku,
  • Analýza odtokových poměrů v povodí,
  • Lokalizace území ohrožených povodněmi z přívalových srážek (tzv. kritické body),
  • Hydrologická bilance,
  • Vyhodnocení antropogenního ovlivnění toků,
  • Stanovení hydrického režimu lesních půd,
  • Stanovení odolnosti lesní půdy vůči těžebně dopravní erozi.

Součástí poskytované datové sady je i výsledná soustava navrhovaných opatření v ploše povodí, v přispívajících plochách kritických bodů, na tocích a nivách a v podobě malých retenčních nádrží.

Postupy, na jejichž základě výše uvedená data vznikla, jsou uvedeny v doprovodných textech, kde je také podrobně popsána struktura vlastních dat.

Podklady

Informace o podkladech pro různá témata týkající se problematiky PBPO jsou dostupné po kliknutí na odkaz „Podklady“ na úvodní stránce portálu, nebo zadáním přímého odkazu www.vodavkrajine.cz/podklady do adresního řádku webového prohlížeče.

Levitus-3

Obr. 3. Uživatelské rozhraní webové mapové aplikace
Fig. 3. A user interface of web mapping application

Jedná se tyto typy podkladů:

  • informace o dotacích na realizaci PBPO,
  • materiály Operačního programu Životní prostředí,
  • příručky pro uživatele,
  • metodiky a normy,
  • publikace,
  • ostatní podklady.

Úloha portálu v budoucnosti

V příštích letech bude hlavní úlohou portálu www.vodavkrajine.cz prezentace informací o PBPO. K současným mapovým kompozicím navržených PBPO budou přidána data PBPO realizovaných za finanční podpory Operačního programu Životní prostředí v letech 2007–2013. Dále budou Odborem ochrany vod Ministerstva životního prostředí průběžně doplňovány informace do sekce „Poklady“ s cílem informovat o aktuálních tématech týkajících se problematiky PBPO.

Technické řešení portálu

Portál je tvořen těmito hlavními komponentami:

  • webový server,
  • systém pro správu dat (redakční systém),
  • mapový server,
  • ArcGIS Online.

Webový server

Pro technické řešení webového serveru byla zvolena osvědčená kombinace těchto webových technologií:

  • webový server Apache,
  • databázový server MySQL,
  • skriptovací jazyk PHP.

Systém pro správu obsahu (redakční systém)

Prezentační portál byl postaven na platformě systému Drupal. Jedná se o open source redakční systém pro správu obsahu, který je modulární a umožňuje tvorbu dynamicky orientovaných internetových stránek (internetových časopisů, blogů, internetových obchodů a jiných komplexních systémů). Tato platforma je naprogramována v jazyce PHP, přičemž pro uložení dat může využívat několik typů relačních databázových systémů – v případě popisovaného portálu byla použita relační databáze MySQL.

Mapový server

Jako mapový server byla použita serverová GIS platforma ArcGIS for Server 10.3.1 společnosti ESRI, která umožňuje publikaci GIS zdrojů v prostředí internetu a jejich využití různými typy klientských aplikací. Hlavní výhodou takového řešení je přenesení většiny požadovaného výpočetního výkonu na stranu serveru, přičemž klientské aplikace mohou být spuštěny na méně výkonných zařízeních různých typů (notebooky, tablety, mobilní telefony apod.).

Prostřednictvím uvedeného mapového serveru jsou mapové kompozice publikovány formou mapových služeb ArcGIS for Server a WMS, přičemž mapové služby ArcGIS for Server tvoří obsah webových mapových aplikací.

ArcGIS Online

Pro účely publikace mapových kompozic webovými mapovými aplikacemi byla zvolena platforma ArcGIS Online (https://www.arcgis.com/home/), která v kombinaci se službami publikovanými technologií ArcGIS for Server umožňuje komfortní tvorbu výkonných webových mapových aplikací. Pro každou mapovou kompozici byla vytvořena samostatná webová aplikace. URL adresy jednotlivých webových mapových aplikací jsou uvedeny v části „Mapové kompozice“.

Závěr

Portál Voda v krajině (www.vodavkrajine.cz) je platformou pro prezentaci informací týkajících se problematiky PBPO. Na portálu jsou přehlednou formou publikovány informace o navržených PBPO, a to jak v podobě mapových kompozic (webové mapové aplikace – viz www.vodavkrajine.cz/mapove­kompozice), tak formou doplňující dokumentace (viz www.vodavkrajine.cz/vystupy). V budoucnu budou na portálu publikována data PBPO realizovaných za finanční podpory Operačního programu Životní prostředí v letech 2007–2013 a sekce Podklady, která obsahuje informace pro různá témata týkající se problematiky PBPO, bude Odborem ochrany vod Ministerstva životního prostředí průběžně doplňována aktuálními informacemi.