ZMĚNY ODTOKOVÉHO REŽIMU V OBLASTI ŠUMAVY

Transkript

1 UNIVERZITA KARLOVA V PRAZE Přírodovědecká fakulta Katedra fyzické geografie a geoekologie ZMĚNY ODTOKOVÉHO REŽIMU V OBLASTI ŠUMAVY Bakalářská práce Ondřej Fiala 2012 Vedoucí bakalářské práce: RNDr. Zdeněk Kliment, CSc.

2 Prohlášení Prohlašuji, že jsem závěrečnou práci zpracoval/a samostatně a že jsem uvedl/a všechny použité informační zdroje a literaturu. Tato práce ani její podstatná část nebyla předložena k získání jiného nebo stejného akademického titulu. V Řevnicích dne podpis

3 Poděkování Na tomto místě bych v prvé řadě poděkoval svému vedoucímu bakalářské práce RNDr. Zdeňku Klimentovi, CSc. za pomoc při tvorbě práce, za cenné rady, zkušenosti a kritiku. Dále bych poděkoval své rodině, která mě po celou dobu studia finančně i psychicky podporovala, a také spolužákům, kteří mi při tvorbě samotné práce také velmi pomohli a podporovali.

4 Zadání bakalářské práce Název práce Změny odtokového režimu v oblasti Šumavy Cíle práce Zhodnocení možných příčin změn odtokového režimu z časového a prostorového hlediska Použité pracovní metody, zájmové území, datové zdroje Práce bude zahrnovat rešeršní a aplikační část. Rešeršní část bude věnována metodice hodnocení změn odtokového režimu a možným příčinám změn odtokového režimu v oblasti Šumavy (antropogenní vlivy - změny hydrografické sítě, nádrže, odvodnění, změny ve využití krajiny, disturbance - lesní a větrné kalamity, požáry, klimatický vývoj - změny, povodně - výskyt). Časové a prostorové hledisko. V aplikační části bude provedena analýza trendu srážko-odtokového režimu pro dlouhodobé časové řady vybraných odtokových charakteristik pro vybrané vodoměrné stanice (povodí horní Otavy, Ostružné, Volyňky a horní Blanice). Datum zadání: Jméno studenta: Ondřej Fiala Podpis studenta: Jméno vedoucího práce: RNDr. Zdeněk Kliment, CSc. Podpis vedoucího práce:

5 ZMĚNY ODTOKOVÝCH POMĚRŮ V OBLASTI ŠUMAVY Abstrakt: Cílem této práce je zhodnocení možných příčin změn odtokového režimu na Šumavě z časového a prostorového hlediska. Práce zahrnuje rešeršní a aplikační část. Rešeršní část je věnována metodice hodnocení změn odtokového režimu a jejich možným příčinám v oblasti Šumavy jako jsou antropogenní vlivy (změny hydrografické sítě, nádrže, odvodnění, změny ve využití krajiny), přírodní vlivy (klimatické změny, vliv rašelinišť) a disturbance (větrné a kůrovcové kalamity, povodně). V aplikační části je provedena analýza trendu srážkoodtokového režimu pro dlouhodobé časové řady ročních, měsíčních a minimálních denních průtoků a měsíčních srážek pro vybrané vodoměrné stanice v povodí horní Otavy, Ostružné, Volyňky, horní Blanice a Teplé Vltavy pomocí jednoduchých a podvojných součtových čar a Mann - Kendallova testu. V závěru jsou zhodnoceny a diskutovány dosažené výsledky, které jsou porovnány s odbornou literaturou. Klíčová slova: disturbance, Mann - Kendall test, odtok, průtok, součtové čáry, srážky, Šumava, změny RUNOFF CHANGES IN THE ŠUMAVA / BOHEMIAN FOREST REGION Abstract: The goal of this thesis is to the evaluation of possible causes of changes in runoff regime in the Šumava region from time and spacial point of view. The thesis includes research and applied part. The research part is dedicated to methods of evaluation of runoff changes and their possible causes in teh Šumava region such as anthropogenic factors (changes in the river network, dams, drainage, land - use changes), natural factors (climate changes, peatbogs influence) and disturbances (wind calamities and bark beetle outbreaks, floods). In the applied part there is an analysis of precipitaion - runoff regime for long-term time series of average annual, monthly and minimal daily discharges and monthly precipitations for selected gauging stations in upper Otava, Ostružná, Volyňka, upper Blanice and Teplá Vltava basins using simple and double mass curves and Mann - Kendall test. In conclusion the achieved results were evaluated, discussed and compared with subject publications. Key words: disturbance, Mann - Kendall test, runoff, discharge, mass curves, precipitation, Šumava, changes

6 OBSAH SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK... 7 SEZNAM TABULEK... 8 SEZNAM OBRÁZKŮ ÚVOD REŠERŠE: ZMĚNY ODTOKOVÉHO REŽIMU A JEJICH PŘÍČINY ANTROPOGENNÍ VLIVY Změny hydrografické sítě Nádrže Odvodnění Změny ve využití krajiny PŘÍRODNÍ VLIVY Klimatické změny Vliv rašelinišť DISTURBANCE Lesní kůrovcové a větrné kalamity Povodně METODIKA ZDROJE DAT HODNOCENÍ ZMĚN Součtové čáry Mann - Kendall test CHARAKTERISTIKA OBLASTI VÝSLEDKY MOŽNÉ PŘÍČINY ZMĚNY ODTOKU NA ŠUMAVĚ ČASOVÁ OSA VYHODNOCENÍ PROFILŮ Součtové čáry Mann - Kendall test DISKUZE ZÁVĚR SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY

7 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK Arc ČR digitální geografická databáze dat ČR určená pro program ArcGIS CORINE Coordination of Information an the Environment - Koordinace informací o životním prostředí ČEZ České energetické závody ČHMÚ Český hydrometeorologický ústav ČR Česká republika ČSN Československá státní norma DIBAVOD Digitální báze vodohospodářských dat GIS Geografické informační systémy GPS Global Positioning System - Globální polohový systém GŠ ČSA Generální štáb Československé armády H, Hr, Hm, Hd Srážkové úhrny roční, měsíční, denní CHKO Chráněná krajinná oblast LAI Leaf area index - Index listové plochy MK-S Mann - Kendall statistic MS Microsoft MULTMK/PARTMK Multivariate Mann - Kendall / Partial Mann - Kendall NDVI Normalized Difference Vegetation Index - Normovaný poměrový vegetační index NP Národní park Q, Qr, Qm, Qd Průtoky roční, měsíční, denní VÚV T. G. M. Výzkumný ústav vodohospodářský Tomáše Garrigue Masaryka ZABAGED Základní báze geografických dat ZPF Zemědělský půdní fond ZUJ Základní územní jednotka ZVHS Zemědělská vodohospodářská správa 7

8 SEZNAM TABULEK Tab. 1 Zásahy do hydrografické sítě a jejich dopady na odtokový režim...16 Tab. 2 Úpravy koryt vodních toků v povodí Ostružné a Blanice...16 Tab. 3 Rozloha a podíl ploch v NP Šumava (družice Spot)...25 Tab. 4 Rozloha a podíl ploch v NP Šumava (družice Landsat)...25 Tab. 5 Korelační koeficienty založené na Mann - Kendall testu mezi Qr a Hr v období Tab. 6 Korelační koeficienty založené na Mann - Kendall testu mezi Qm a Hm v období Tab. 7 Počet a výměra rašelinných ložisek na Šumavě...32 Tab. 8 Významné větrné a kůrovcové kalamity na území Šumavy...40 Tab. 9 Povodně na Otavě s Q max> Q Tab. 10 Četnosti výskytu povodní v povodí Vltavy podle typu...46 Tab. 11 Měsíční četnosti výskytu povodní přesahujících dvouletý kulminační průtok 1090 m3 na Vltavě v Praze...46 Tab. 12 Četnosti výskytu povodní podle N-letosti kulminačního průtoku na Vltavě v Praze...46 Tab. 13 Dlouhodobý trend průměrných měsíčních průtoků (počet let pozorování)...62 Tab. 14 Dlouhodobý trend průměrných měsíčních průtoků (počet let pozorování)...62 Tab. 15 Dlouhodobý trend minimálních denních průtoků...63 Tab. 16 Dlouhodobý trend průměrných měsíčních srážek na povodí (počet let pozorování)...63 Tab. 17 Dlouhodobý trend průměrných měsíčních srážek na povodí (počet let pozorování)...63 Tab. 18 Dlouhodobý trend průměrných měsíčních srážek za jednotlivé stanice (počet let pozorování)...64 Tab. 19 Dlouhodobý trend průměrných měsíčních srážek za jednotlivé stanice (počet let pozorování)

9 SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1 Celková změna délky říční sítě v povodí Otavy od 2. vojenského mapování po současnost...15 Obr. 2 Upravenost říční sítě a odvodnění ploch v povodí Ostružné...16 Obr. 3 Odvodňovací kanály v povodí Otavy...22 Obr. 4 Vývoj rozlohy lesních ploch Obr. 5 Vývoj rozlohy lesních ploch Obr. 6 Vývoj rozlohy zemědělské půdy Obr. 7 Vývoj rozlohy zemědělské půdy Obr. 8 Změny krajinného pokryvu v povodí Ostružné podle CORINE Land cover...27 Obr. 9 Změny ve využití krajiny v povodí Zbytinského a Tetřívčího potoka...28 Obr. 10 Vývoj hydrologických a klimatických prvků v povodí Ostružné Obr. 11 Výskyt rašelinišť a mokřadů na Šumavě...33 Obr. 12 Index NDVI v NP Šumava v roce Obr. 13 Ohrožení lesních porostů větrem (oblast Prášilska)...41 Obr. 14 Experimentální povodí na Šumavě...49 Obr. 15 Výšková členitost zájmové oblasti...50 Obr. 16 Sklonitost svahů v zájmové oblasti...50 Obr. 17 Změny faktorů ovlivňujících odtok v letech Obr. 18 Jednoduché součtové čáry Qr v letech Obr. 19 Jednoduché součtové čáry Qr v letech Obr. 20 Jednoduché součtové čáry Qr v letech Obr. 21 Jednoduché součtové čáry Qd min. v letech Obr. 22 Jednoduché součtové čáry Qd min. v letech Obr. 23 Jednoduché součtové čáry Qd min. v letech Obr. 24 Jednoduché součtové čáry Qm v letech Obr. 25 Jednoduché součtové čáry Qm v letech Obr. 26 Jednoduché součtové čáry Qm v letech Obr. 27 Podvojné součtové čáry Qm a Hm v letech Obr. 28 Podvojné součtové čáry Qm a Hm v letech Obr. 29 Podvojné součtové čáry Qm a Hm v letech Obr. 30 Podvojné součtové čáry Qm a Hm v letech

10 KAPITOLA 1 Úvod Změny v odtokovém režimu patří k nejvýznamnějším procesům probíhajícím v krajině. Patří k závažným globálním problémům majícím za následek sucha i povodně v mnoha oblastech světa a největší dopady mají zejména na obyvatelstvo v rozvojových zemích. V České republice probíhají nejvýraznější změny odtokového režimu v horských a podhorských oblastech zejména v povodí horních toků českých řek a jejích přítoků, protože se zde uplatňovaly současně přírodní a antropogenní vlivy a zároveň jsou tyto oblasti často vystaveny disturbancím v podobě větrných či kůrovcových kalamit, které mají rovněž vliv na odtokovou bilanci. Tato práce se zabývá změnami odtokového režimu oblasti české části Šumavy, zejména v povodí Otavy. Šumava byla vybrána jako reprezentativní horská oblast ČR, kde v minulosti docházelo k významným přírodním i antropogenním změnám, které měly vliv i na odtokový proces. Šumava rovněž patří k oblastem dlouhodobě zkoumaným Přírodovědeckou fakultou Univerzity Karlovy v Praze a na tento výzkum má tato práce navazovat. Hlavním cílem této práce je zhodnocení možných příčin změn odtokového režimu z časového a prostorového hlediska, tzn. kdy, kde a k jakým změnám docházelo. Jde zde nejen o shrnutí dosavadních poznatků o změnách odtokového režimu v oblasti Šumavy, ale i o hledání jejich vzájemných souvislostí a jejich ověření pomocí analýzy dlouhodobých časových řad. Práce zahrnuje rešeršní a ap1ikační část. Rešeršní část je věnována metodice hodnocení změn odtokového režimu a také možným příčinám těchto změn. Jsou zde zhodnoceny antropogenní vlivy jako změny hydrografické sítě, stavba vodních nádrží, změny v odvodňování a celkové změny ve využití krajiny a jako přírodní vlivy pak klimatické změny a vliv rašelinišť. Zvlášť jsou zhodnoceny disturbance, protože mohou mít jak přírodní, tak antropogenní původ. Mezi ně patří lesní kůrovcové a větrné kalamity a také povodně. V aplikační části je provedena analýza trendu srážko-odtokového režimu pro dlouhodobé časové řady vybraných odtokových charakteristik pro vybrané vodoměrné stanice v povodí horní Otavy, Ostružné, Volyňky, horní Blanice a Teplé Vltavy. Měsíční a roční průměrné hodnoty srážek a průtoků jsou analyzovány pomocí 10

11 jednoduchých a podvojných součtových čar a jejich variabilita je zkoumána pomocí Mann - Kendallova testu. Výsledky zahrnují vyhodnocení přírodních i antropogenních vlivů i disturbancí na odtokový proces, promítnutí nejvýznamnějších změn na časovou osu a rovněž vyhodnocení vybraných charakteristik v koncových profilech. Hypotézou této práce je, že k největším změnám v odtokovém režimu na horských oblastech Šumavy docházelo v souvislosti s horskou kolonizací a rozmachem zemědělství v období od poloviny 19. století do konce 2. světové války, kdy došlo k odsunu německého obyvatelstva. V nižších polohách naopak docházelo k zemědělské kolektivizaci a intenzifikaci v letech V souvislosti s výše uvedeným se ve vyšších polohách po roce 1945 a v nižších polohách po roce 1990 očekává návrat k normálu. Zároveň se v souvislosti s klimatickými změnami očekává úbytek sněhové pokrývky v zimě a tím i pokles jarních průtoků. Významnou roli mohly sehrát také lesní disturbance. Očekává se zvýšení průtoků v horských oblastech po orkánu Kyrill a také v roce 2002 v souvislosti s ničivou povodní. KAPITOLA 2 Rešerše: Změny odtokového režimu a jejich příčiny 2.1 Antropogenní vlivy Oblast Šumavy je trvale osídlena již od středověku, ovšem k výraznějším změnám v odtokovém režimu vlivem lidské činnosti zde začalo docházet až na počátku novověku, když zde lidé začali hospodařit na polích i v lesích. V dobách nárůstu těžby dřeva začaly vznikat první klauzury a také plavební kanály. Mezi ně patří např. Schwarzenberský nebo Vchynicko - Tetovský plavební kanál, které mají nezanedbatelný vliv na odtokové poměry v této oblasti. K nejvýznamnějším změnám však začíná docházet v průběhu 19. století v souvislosti s německým osídlením a rozmachem zemědělství i ve vyšších polohách. Ve 20. století, zejména v jeho druhé polovině po změně politického režimu a rozvojem zemědělství i v podhorských oblastech začalo rozorávání mezí a meliorační opatření. S tím souvisí i změny hydrografické sítě, způsobené zejména umělým napřimováním vodních toků, dále výstavba vodních nádrží, změny v odvodnění související 11

12 s melioračními úpravami a také změny ve využití krajiny, kdy docházelo nejprve k rozsáhlému kácení lesů a zakládání zemědělských ploch a později opět k zalesňování a zatravňování. Všechny tyto změny ovlivňují tvorbu odtoku v oblasti Šumavy a podílejí se tak na jeho celkové bilanci Změny hydrografické sítě K nejvýznamnějším antropogenním zásahům do krajiny z hlediska vlivu na odtokové poměry patří zkrácení říční sítě. Důvodem pro napřimování vodních toků je jejich využití pro dopravu, odvodnění zemědělských ploch a ochrana před povodněmi. Mohou být také důsledkem intenzivní urbanizace a industrializace krajiny (Langhammer, Vajskebr, 2003). V roce 2011 Harald Schaich a Werner Konold z univerzity ve Freiburgu a Jacques Karier z technicko - zemědělského lycea zmapovali historii změn hydrografické sítě v letech a analyzovali jejich dopady na odtokový proces na příkladu povodí řeky Syr v regionu Gutland v Lucembursku. Za počátku zasahování člověka do hydrografické sítě v nížinách autoři považují konec třicetileté války v roce 1648, zatímco například v Alpách se první záznamy datují až k roku V povodí řeky Syr stejně jako ve většině Evropy k prvním změnám v hydrografické došlo v polovině 18. století v souvislosti s nařízením Marie Terezie. Největší intenzita těchto změn byla v 19. a 20. století, jak ukazuje tabulka 1 (Schaich, Karier, Konold, 2011). V roce 2003 provedli Jakub Langhammer z Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy a Václav Vajskebr z ČHMÚ analýzu zkrácení říční sítě v povodí Otavy s využitím GIS. Cílem výzkumu bylo zmapovat změny hydrografické sítě za posledních 150 let a jejich vliv na průběh povodní. Povodí Otavy totiž představuje jádrovou oblast vzniku povodně v srpnu Pro hodnocení změny byly použity digitalizované mapy 2. a 3. vojenského mapování z konce 19. století a mapy generálního štábu Armády ČR a dále digitální vektorová vrstva vodních toků ze Základní báze geografických dat. Pro porovnání se současným stavem byla použita měření délky vodních toků pomocí systému GPS (Langhammer, Vajskebr, 2003). Pro analýzu bylo vybráno 32 hlavních toků, které byly rozděleny do 60 dílčích segmentů o celkové délce přibližně 600 km. Delší toky byly rozděleny až do 10 segmentů za účelem porovnání změn i v jejich dílčích úsecích. Hranice jednotlivých úseků byly většinou vymezeny soutoky a dalšími přítoky za účelem snadné identifikace 12

13 a porovnatelnosti se stavem v minulosti. Prostorové nepřesnosti u starších mapových děl byly omezeny pomocí opravných koeficientů (Langhammer, Vajskebr, 2003). Výstupem analýzy byla mapa prostorových změn říční sítě v povodí Otavy (viz obr. 1) a dále časový vývoj napřimování toků ve třech obdobích: druhé polovině 19. století, první polovině 20. století a druhé polovině 20. století včetně vzájemného porovnání změn mezi jednotlivými etapami.,,celkem došlo ke snížení souhrnné délky toků z 611,6 km na současných 555,9 km, což představuje rozdíl 55,7 km, resp. 9,1 %. K největším změnám došlo na dolních úsecích toků a na drobných tocích v zemědělské krajině (Langhammer, Vajskebr, 2003). Největší intenzitu napřímení vykazuje dolní tok Blanice, dále Novosedelský potok a Ostružná (viz tab. 1). Nejméně zkrácen byl horní tok Otavy a její zdrojnice Vydra a Křemelná. Zde však došlo k poměrně výraznému zkrácení toku v období ještě před 2. vojenským mapováním, tj. před více než 150 lety (Langhammer, Vajskebr, 2003). Ve druhé polovině 19. století mezi 2. a 3. vojenským mapováním nedošlo k výraznějším změnám délek toků. Celkem byly toky zkráceny o 7 km, z toho nejvíce Blanice a Zlatý potok, méně pak střední a dolním tok Otavy a nejméně toky v horských oblastech. V první polovině 20. století mezi 3. vojenským mapováním a mapou GŠ ČSA došlo k nejvýraznějším změnám ve zkrácení toků - celkem o 39,8 km. Nejvíce byl zkrácen tok dolní Blanice (zejména její úsek mezi Protivínem a ústím do Otavy) a dolní Otavy. Největší relativní zkrácení se však týkalo především drobnějších toků jako např. Březového, Řepického nebo Rojického potoka. Ve druhé polovině 20. století mezi mapou GŠ ČSA a vrstvou ZABAGED z roku 2000 dosáhlo celkové zkrácení 8,8 km. Nejvýrazněji se projevilo v povodí Blanice, Volyňky, Ostružné a drobných přítoků v zemědělské krajině (Langhammer, Vajskebr, 2003). Tyto změny mají výrazný vliv na průběh a následky povodní, zejména v těchto oblastech: zkrácení doby doběhu povodně, zvýšení rychlosti proudění v korytě toku, strmější tvar čela povodňové vlny, zkrácení celkového času postupu povodňové vlny, snížení objemové kapacity koryta toku v daném úseku a zvýšení dosažených výšek hladin vody při kulminaci. Zkrácení délky toku se více projevuje u menších povodní s nižší extremitou, kdy řeka zůstává ve svém korytě, než u velkých povodní podobných té v srpnu roku 2002 (Langhammer, Vajskebr, 2003). V roce 2004 na výše zmíněný výzkum navázal projekt pod vedením Jakuba Langhammera, který měl za cíl zhodnotit celkovou antropogenní upravenost říční sítě v povodí Otavy a její vlivy na průběh a následky povodně v srpnu roku Byla 13

14 vyvinuta nová metodika hodnocení změn, která by byla jednoduchá a zároveň použitelná i v jiných oblastech ČR. Na podkladě digitální vrstvy ZABAGED bylo v terénu zmapováno a následně v prostředí GIS analyzováno celkem 610 km vodních toků rozdělených na jednotlivé segmenty, které byly relativně homogenní a navzájem porovnatelné. U každého segmentu bylo hodnoceno pět základních parametrů: průběh koryta toku, úpravy podélného profilu toku, upravenost koryta toku, upravenost příbřežní zóny a protipovodňová ochrana toku. U každého parametru byl uveden stav toku nebo údolní nivy (Langhammer, 2004). Z analýzy průběhu koryta toků vyplynulo, že,,povodí dolní Blanice, střední Otavy po Katovice či Spůlky vykazují více než 40% podíl úseků toků s přímým vedením koryta toku. Nad 30% celkové délky toku s přímým vedením koryta je ve zbývajících dílčích povodích Otavy na středním a dolním toku a v povodí dolní Volyňky. V oblastech dolních toků, kde díky charakteru proudění mají toky tendenci k přirozenému meandrování, je přímé vedení koryta možno jednoznačně přisoudit antropogenní činnosti. Výskyt přímých úseků koryt toků v horských oblastech je však zpravidla dán morfologií toku a údolí, zejména vysokým spádem toku (Langhammer, 2004). Analýza úpravy podélného profilu toku se týkala přítomnosti umělých stupňů, jezů a drobných hrází v korytě, které narušují přirozený tok vody. Nad stupněm či hrází dochází ke vzdutí hladiny a urychlené sedimentaci unášeného materiálu. Pod stupněm naopak dochází k intenzivní erozi, která je ještě více zesílena v případě umístění hráze v oblouku meandru. V povodí Otavy bylo zjištěno celkem 337 stupňů, z toho 169 jezů. Nejvíce stupňů se nachází na Volyňce (60), Otavě (54), Ostružné (39), Spůlce (37) a Blanici (31). V poměru k délce toku se nejvíce stupňů nachází na Spůlce, Nezdickém potoce, Volyňce, Ostružné a Losenici. Obecně jsou stupně nejvíce koncentrovány na středních dolních tocích (zejména Otavy, Blanice a Ostružné) a nejméně se vyskytují v horské části povodí Otavy, Blanice a Vydry (Langhammer, 2004). Analýza antropogenní upravenosti koryt toků ukázala, že z celkových 610 km hodnocených toků je 43 % délky antropogenně upraveno (z toho 26 % částečně, 16 % úplně a 0,1 % je zatrubněno), 2 % představují vodní plochy a přes 55 % je neupraveno. Mezi antropogenní úpravy koryta patří umělé zásahy do geometrie koryta nebo zpevnění břehů či dna cizorodým materiálem spojené se změnou jeho drsnosti. Obecně nejvyšší míra upravenosti je na dolních úsecích toků v zemědělských oblastech s intenzivním osídlením. Vysokou míru upravenosti má povodí dolní Blanice, střední a dolní Otavy a střední Ostružné, Spůlky a Volyňky. Nejméně upravené jsou pramenné 14

15 oblasti povodí Otavy, zejména horní Blanice a Vydra. Největší nebezpečnost v případě povodní i přes minimální podíl na celkové délce toků představují zatrubněná koryta, protože při průchodu povodňové vlny často dochází k jejich zanesení a při následném protržení ke vzniku větší povodňové vlny než při přirozeném průběhu povodně (Langhammer, 2004). Upravenost hydrografické sítě v povodí Ostružné a Blanice zkoumali ve své studii Zdeněk Kliment a Milada Matoušková z Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy. Jako podklad byla použita data ZABAGED a ZVHS Prachatice, s jejichž pomocí byla vypočtena míra zkrácení hlavních toků i některých jejich přítoků (viz tab. 2). Bylo zjištěno, že k nejvýraznějším úpravám hydrografické sítě zde došlo v letech v souvislosti s plošným odvodněním zemědělské půdy. Celkově největší míru upravenosti vykazuje povodí Ostružné, kde jsou upraveny především její přítoky (viz obr. 2). Největší míru upravenosti však vykazuje Zbytinský potok v povodí horní Blanice s hodnotou 62 % (Kliment, Matoušková, 2009). Obr.1: Celková změna délky říční sítě v povodí Otavy od 2. vojenského mapování po současnost Zdroj: Langhammer, Vajskebr,

16 Tabulka 1: Zásahy do hydrografické sítě a jejich dopady na odtokový režim Druh zásahu Století Dopady na odtok odbahnění a prohloubení koryta zvýšení vodní eroze, pokles hladiny podzemní vody odstranění hrubozrnných sedimentů zrychlení odtoku a eroze, narušení říční dynamiky odstranění říčních meandrů zrychlení odtoku a eroze, zvýšení rizika povodní stavba přehrad narušení rovnováhy, zastavení přirozených záplav zrychlení odtoku a eroze, zvýšení rizika povodní, napřimování a rozšiřování koryt řek narušení říční dynamiky odstranění příbřežní vegetace zrychlení odtoku, zvýšení míry eroze na říčních březích odvodnění záplavových území zrychlení povrchového odtoku, redukce přirozených záplav Zdroj: Schaich, Karier, Konold, 2011 Tabulka 2: Úpravy koryt vodních toků v povodí Ostružné a Blanice Ostružná Blanice Délka říční sítě (km) 163,9 141,9 Délka upravených úseků (km) 33,7 8,5 Stupeň upravenosti (%) 20,6 6,0 Zdroj: Kliment, Matoušková, 2009 Obr. 2: Upravenost říční sítě a odvodnění ploch v povodí Ostružné Zdroj: Kliment, Matoušková,

17 2.1.2 Nádrže Vodní díla jsou budována se snahou o využití toků jako dopravních cest a zdrojů energie, pitné a užitkové vody a také se snahou eliminovat nebo snížit účinky povodní. Mezi základní vodní díla používaná ke vzdutí patří jezy a přehrady. Hlavní funkcí přehrad a jimi vytvořených nádrží je dlouhodobé vyrovnání přirozených, časově nerovnoměrně rozložených průtoků, k čemuž slouží větší část celkového objemu nádrže - tzv. zásobní (akumulační) objem, zatímco menší část tvoří ochranný (retenční) objem. Jezy se staví za účelem zabezpečení odběru vody, celoročního zesplavnění toku nebo stabilizace podzemních vod. Jezy udržují konstantní hladinu vody bez vymezení ochranného objemu a ke vzdutí dochází i při malých průtocích. Zatímco v případě přehradních nádrží jsou povodňové vlny zachycovány v ochranných objemech nádrží, jezem jsou povodňové průtoky propuštěny prakticky bez ovlivnění, protože se přes něj jen přelijí (Brázdil et al., 2005). V roce 2007 Michael Bliss Singer u University of California analyzoval vliv přehradních nádrží na odtokový proces a průběh povodní. Cílem studie bylo porovnat data z deseti vodoměrných stanic v povodí řeky Sacramento v Kalifornii, kde bylo ve od roku 1943 do roku 1969 postaveno celkem 7 přehrad v nadmořské výšce od 79 do 599 m. Porovnána byla data průměrných denních průtoků od počátku měření do výstavby přehrad s daty od výstavby přehrad do roku U šesti výše položených stanic byl zjištěn pokles průtoků v období po výstavbě přehrad a u čtyř níže položených naopak mírný nárůst. Z toho plyne, že níže položené přehrady mají menší význam v kontrole povodní než přehrady v pramenných oblastech. Schopnost přehradních nádrží ovlivňovat odtok a zmírňovat průběh povodní také záleží na podílu jejich kapacity a průměrném ročním objemu povodně - čím je větší, tím je větší vliv na odtok. Obecně však platí, že vliv přehradních nádrží na odtok se snižuje s rostoucí vzdáleností od prameniště a rostoucí rozlohou povodí nad ní (Singer, 2007). První přehradní nádrže se na území ČR začaly stavět na přelomu 19. a 20. století v oblasti Jizerských hor po ničivé povodni z července roku 1897 za účelem zamezení dalším podobným povodním. V první dekádě 20. století bylo v severních Čechách a přilehlém území dnešního Polska postaveno 18 přehrad. K největšímu rozmachu stavby přehradních nádrží na našem území došlo v 50. a 60. letech 20. století, kdy byla postavena např. i tzv. Vltavská kaskáda, která měla chránit Prahu před ničivými povodněmi. Celkový objem nádrží a jejich retenční prostor v povodí Vltavy dnes činí 1805,5, resp. 172,1 milionů m 3 (Brázdil et al., 2005). 17

18 Mezi největší a nejvýznamnější přehradní nádrže v oblasti Šumavy patří vodní nádrž Lipno na Vltavě, v.n. Nýrsko na Úhlavě a v. n. Husinec na Blanici. Údolní nádrž Lipno I byla vybudována jako horní stupeň vltavské kaskády v letech asi 9 km SZ od Vyššího Brodu pro hydroenergetické účely i ochranu před povodněmi. Hráz je max. 42 m vysoká a 282 m dlouhá. Vodní plocha nádrže má rozlohu 4780 ha, maximální hloubku 21,5 m a objem 306 mil. m 3. Maximální délka vodní plochy je 48 km a šířka 5,2 km a nadmořská výška 726 m. Údolní nádrž Lipno II slouží pro vyrovnávání odtoků pod Lipnem I a byla postaven 1 km SZ od Vyššího Brodu. Hráz je 11,5 m vysoká a 224 m dlouhá. Vodní plocha nádrže má rozlohu 45 ha, maximální hloubku 10,1 m a objem 1,685 mil. m 3 a nadmořskou výšku 563,1 m. Údolní nádrž Nýrsko vznikla na Úhlavě 4 km jižně od Nýrska v letech pro vodárenské a závlahové účely i ochranu před povodněmi. Hráz je 35 m vysoká a 320 m dlouhá. Vodní plocha nádrže má rozlohu 148 ha a objem 20,8 mil. m 3 a nadmořskou výšku 524,25 m. Husinecká údolní nádrž byla vybudována v letech na Blanici u obce Husinec pro vodárenské, hydroenergetické, závlahové účely i ochranu před povodněmi. Hráz je 34 m vysoká a 197 m dlouhá. Vodní plocha nádrže má rozlohu 68 ha, maximální hloubku 25,5 m a objem 6,53 mil. m 3. Údolní nádrž Hamry vznikla přehrazením horního toku Úhlavy v roce 1930 hrází dlouhou 64,1 m a vysokou 15,6 m. Nádrž je součástí přečerpávací vodní elektrárny, přičemž horní retenční nádrž tvoří Černé jezero, s nímž je spojena 2 km dlouhým litinovým přívodním potrubím. Rozdíl obou hladin je 280 m (Anděra, Zavřel, 2004). V oblasti Šumavy se nachází relativně málo rybníků, protože zde není příliš vhodné klima pro chov ryb jako např. v Třeboňské či Českobudějovické pánvi. Mezi největší šumavské rybníky patří Olšina, Kozí a Křišťanovický rybník. Olšina (Hodňovský rybník) je největší rybník v oblasti Šumavy. Nachází se u osady Hodňov 5 km SV od Horní Plané. Byl založen na přelomu 14. a 15. století. Leží ve výšce 731 m n. m., plocha hladiny je 138 ha a maximální hloubka činí 6 m. Kozí (Pláničský) rybník leží 2 km východně od Pláničky u Černé v Pošumaví. Byl založen v 17. století jako retenční nádrž pro dnes niž neexistující mlýn. Je napájen vodou z rašelinišť. Leží ve výšce 770 m n. m., plocha hladiny je 10,1 ha a maximální hloubka činí 3,5 m. Křišťanovický rybník leží 0,5 km SZ od Křišťanovic na pravém břehu Blanice. Je obklopen lesy a napájen vodou z rašelinišť. Jeho rozloha je 17 ha. Na Šumavě se dále nachází mnoho malých vodních nádrží, které se svou velikostí řadí k rybníkům, ale mají víceré využití (např. jako požární nebo retenční nádrže sloužící ke zpomalení odtoku). Speciálním 18

19 typem nádrží na Šumavě jsou také tzv. klauzy či klauzury, které podobně jako plavební kanály sloužily pro nadlepšování průtoků při plavení dřeva (Anděra, Zavřel, 2004). Klauzy (z němčiny) či klauzury (z latiny) jsou splavovací nádrže. Jedná se o údolní přehrady, sroubené ze dřeva, s výplní kamene a hlíny. Hráz bývá někdy sypaná a jen propusti, kterými se voda vypouští, jsou sroubeny z hrubých klád, utěsněných na návodní straně. Uprostřed hráze jsou dvě výpustná stavidla. Celá hráz bývá zpravidla chráněna proti vlivům počasí šindelovou střechou. Vypuštěním nádrže se zvedne hladina vody na toku pod nádrží tak, aby bylo možno plavit dřevo i za nízkého stavu vody, neboť normální výška hladiny zpravidla v letních měsících nestačí k plavení vorů. Klauzy byly budovány na přelomu 18. a 19. století v souvislosti s rozmachem plavby dřeva z těžko přístupných horských oblastí například na Šumavě, v Beskydech nebo Novohradských horách. Mezi šumavské klauzy patří např. Boubínské, Jelení či Žďárské jezírko. Ostatní klauzy většinou zanikly po ukončení plavby dřeva po kanálech v první polovině 20. století. Dnes se objevují snahy o jejich obnovení a využití jako suchých polderů (Wikipedie).,,Vchynicko-tetovský plavební kanál, který byl vybudován podle návrhu inženýra Josefa Rosenauera v letech , zahrnoval pro posílení možnosti plavby speciální vodní díla osm umělých vodních nádrží zvaných klauzy či švele. Systém nádrží byl vybudován na horním toku Modravského a Roklanského potoka, čímž vznikl velice výkonný plavební systém umožňující těžbu a plavení dříví z dosud nevyužitých lesů (ŠumavaNet, 2012). 19

20 2.1.3 Odvodnění Antropogenní ovlivnění odvodnění je obvykle zapříčiněno melioračními opatřeními nebo stavbou umělých vodních toků. Nejinak je tomu i v oblasti Šumavy, kde zejména v nižších polohách byly za účelem zúrodňování zemědělských půd budovány odvodňovací kanály (viz obr. 3) a ve vyšších polohách byly v 19. století budovány za účelem plavení dřeva plavební kanály a ve 20. století odvodňována rašeliniště. Meliorace je soubor různorodých opatření vedoucích ke zlepšení úrodnosti půd, které jsou přirozeně málo úrodné nebo u kterých došlo v důsledku nevhodných zásahů či působením vnějších činitelů ke snížení jejich produkční schopnosti. Meliorace se podle svého účelu dělí na odvodňovací, závlahovou a půdoochrannou. Meliorací může být například odvodnění zamokřené půdy nebo naopak zavlažování půd s nedostatkem vláhy, vápnění silně kyselých půd či vylehčování těžkých půd. Do melioračních úprav řadíme i protierozní ochranu půd a lesnické meliorace (vysazování melioračních dřevin atd.). Velký dopad na krajinu v rámci melioračních opatření mělo velkoplošné odvodnění. K velkoplošnému odvádění vody z krajiny koncem 19. století dochází nejprve v rámci protipovodňových opatření, později také pro rozšíření plochy zemědělské půdy (důraz na potravinovou soběstačnost), v posledním období meliorací v 70. a 80. letech 20. století pak rozumné důvody provádění mnohdy chyběly. Řeky byly regulovány, koryta toků byla napřímena a prohloubena - zvýšila se jejich kapacita a zrychlil odtok. Od konce 20. století dochází k zasypávání odvodňovacích kanálů za účelem zpomalení odtoku a zvětšení retence vody v krajině (Wikipedie). Z celkové plochy odvodnění byl největší podíl ha odvodněn systematickou drenáží. Sporadickou drenáží bylo odvodněno ,9 ha, otevřenými příkopy 2331,6 ha a jen 390,1 ha připadá na drenáž s řízeným odtokem. Nejintenzivněji byly odvodněny některé oblasti východních a jižních Čech, v nichž bylo odvodněno místy až 80 % z výměry zemědělských pozemků. Převážná část odvodnění byla řešena jako odvodnění podzemní (Soukup, Kulhavý, Pilná, 2005). V České republice je drenáží odvodněna zhruba čtvrtina výměry zemědělských půd. Odvodněním se zvyšuje celkový odtok vody z krajiny (na úkor snížené evapotranspirace). Hladiny a zásoby podzemní vody jsou tak sníženy. Tím se také krajina stává celkově sušší a méně odolnou vůči projevům sucha a větrné eroze. V některých případech odvodňovací systémy také odtok urychlují a přispívají, i když ne v rozhodující míře, ke kulminačním průtokům povodní (Kulhavý, Soukup, Čmelík, Doležal, 2005). 20

21 Vliv melioračních opatření na odtokovou bilanci analyzovali v roce 2012 Chusul Arif, Budi Indra Setiawan, Masaru Mizoguchi a Ryochi Doi z Tokijské a Bogorské univerzity. Cílem studie bylo porovnání odtokové bilance ovlivněné zavlažovacími kanály na japonských rýžových polích ve dvou vegetačních obdobích pomocí nástroje Řešitel v programu Excel. První vegetační období od října 2010 do února 2011 se vyznačovalo nižšími průměrnými teplotami vzduchu a vyššími úhrny srážek, u druhého období tomu bylo naopak. Z analýzy vyplynulo, že v prvním období celkový přítok převažoval nad celkovým odtokem a z odtoku měl největší podíl povrchový odtok (68 %). Ve druhém období naopak celkový odtok převažoval nad přítokem a z odtoku měla největší podíl evapotranspirace (45, 5 %). Z uvedeného vyplývá, že v chladnějším a deštivějším období se povrchový odtok podílí větší mírou na celkovém odtoku a tím dochází i ke zrychlení odtoku z povodí. V teplejším a sušším období se naopak významně uplatňuje výpar (Arif, Setiawan, Mizoguchi, Doi, 2012). K podobným výsledkům dospěli v roce 2000 ve své studii také F. Doležal, R. Kodešová, Z. Kulhavý a M. Soukup z Výzkumného ústavu meliorací a ochrany půdy. Na příkladu povodí Čechtického potoka (levostranný přítok Želivky) prokázali, že drenážní systém vybudovaný na zamokřeném místě v pahorkatinné oblasti odvádí vodu za značně většího území, než je plocha, kterou fyzicky zaujímá. To samé platí i pro povodňové průtoky. Za menších a středních povodní mohou odvodňovací systémy přispívat k celkovému povodňovému odtoku, zejména pokud leží v údolních polohách a odvádí tak i vodu přitékající z vyšších poloh povrchových a hypodermickým odtokem (Doležal, Kodešová, Kulhavý, Soukup, 2000). Vedle půdních a lesních meliorací se na umělém odvodnění v oblasti Šumavy podílejí i umělé vodní toky, které se narozdíl od odvodňovacích kanálů vyskytují ve vyšších a více svažitých partiích. Mezi šumavské umělé vodní toky patří i dva plavební toky postavené za účelem přepravy dřeva z těžko dostupných šumavských lesů - Schwarzenberský a Vchynicko-tetovský plavební kanál. Schwarzenberský plavební kanál byl vybudován šlechtickým rodem Schwarzenbergů v letech a vyprojektoval ho lesní inženýr Josef Rosenauer. Kanál propojuje úmoří Severního a Černého moře. Začíná na JV straně Špičáku u Nového Údolí ve výšce 916 m n. m., kde ho napájí říčka Světlá (pravostranný přítok studené Vltavy), dále pokračuje po vrstevnici 900 m n. m. pod Plechým a Smrčinou a 419 m dlouhým tunelem pod hřbetem Plešivce. Poblíž Zvonkové opouští české území a v délce 9 km vede přes území Rakouska. Zpět na území ČR se vrací u Vítkova Kamene 21

22 a hlavní evropské rozvodí překračuje ve výšce 790 m n. m. v sedle pod Růžovým vrchem. Nakonec je kanál zaústěn do říčky Světlá (levostranný přítok Grosse Mühl). Celková délka kanálu je 51,5 km, šířka u dna je 1,5-2 m a v koruně 3,5-4 m. Průměrná hloubka činí 1 m sklon dna je 0,5 %. Plavení dřeva se v celé délce kanálu uskutečnilo naposledy v roce 1916, Želnavským smykem v roce 1962 (Anděra, Zavřel, 2004). Vchynicko-tetovský plavební kanál byl rovněž vybudován Josefem Rosenauerem v letech v povodí Vydry a Křemelné za účelem dopravy dřeva z těžko přístupných lesů v okolí Modravy. Kanál začíná nad Antýglem na levém břehu Vydry u Bývalých dřevařských osad Vchynice a Tetov a pokračuje jako vodní smyk, který je zaústěn do Křemelné asi 2,5 km SZ od Srní ve výšce okolo 700 m n. m. Kanál má šířku 4-5 m a hloubku okolo 1,6 m. Původní délka činila m, dnešní délka po přestavbě a částečném obnovení staršího koryta ve 30. letech 20. století činí m. Původně kanál sloužil pro plavení dřeva do sirkáren v Sušici v letech a také v době kůrovcové kalamity v letech Dnes plní funkci přivaděče vody do vodní nádrže na úbočí vrchu Sedlo u obce Srní (Anděra, Zavřel, 2004). Obr. 3: Odvodňovací kanály v povodí Otavy Data: Arc ČR, DIBAVOD 22

23 2.1.4 Změny ve využití krajiny Změny v land-use mají vliv jak na přirozený odtok, tak i na průběh a následky povodní. Různorodé ekonomické aktivity se odrážejí v charakteru využití ploch, které je pro celou Českou republiku dobře dokladováno pro století. Podle Bičíka et al. (2001) mezi lety na území dnešní ČR poklesl podíl zemědělské půdy z 66,9 % na 54,3 % a naopak podíl lesních ploch vzrostl z 28,8 % na 33,4 % a podíl ostatních ploch ze 4,3 % na 12,3 % (Bičík et al., 2001 In Brázdil et al., 2005). V daném období autoři rozlišili tři časové úseky aplikovatelné i pro oblast Šumavy: a) : nevýznamné změny, pokles podílu orné půdy, pomalý nárůst lesních ploch, malý nárůst u ostatních kategorií využití ploch; b) : výrazný pokles podílu orné půdy, luk, pastvin a dalších zemědělských ploch a nárůst rozsahu lesa v horských oblastech, mírný nárůst podílu orné půdy v podhorských oblastech; c) : pokles rozsahu orné půdy v horských i podhorských oblastech, nárůst ploch se stálými kulturami a zejména stálých travních porostů (Bičík et al., 2001 cit. In Brázdil et al., 2005). Podrobnou analýzu vývoje struktury ploch povodí Otavy provedli v roce 2003 Ivan Bičík a Lucie Kupková z Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy. Cílem analýzy bylo zhodnotit změny podílu jednotlivých kategorií využití ploch, které mají největší vliv na odtokový proces - zemědělské půdy, orné půdy, drnového fondu (luk a pastvin) a lesních ploch. Dále byly použity i komplexní ukazatele, jako jsou index změny (ukazuje, na jak velkém podílu dané územní jednotky došlo ke změně) a typologie změn sumární struktury ploch. Data za jednotlivá katastrální území byla podle principu srovnatelnosti přepočtena základní územní jednotky (ZUJ), které zcela nebo alespoň většinou své plochy leží v povodí Otavy. Hranice zkoumaného území se tedy přesně neshoduje s hranicí povodí vymezenou rozvodnicí (Bičík, Kupková, 2003). Podíl zemědělské půdy na rozloze ZUJ v nejvýše položených a nejvíce svažitých oblastech činil méně než 30 %, v nižších a málo svažitých polohách okolo 50 % a povodí dolní Blanice a střední a dolní Otavy (pod Horažďovicemi) až 80 %. V letech téměř ve všech ZUJ došlo k poklesu podílu zemědělské půdy, nejvíce v nižších polohách a nejméně v nejvyšších polohách, kde byl již zpočátku nejmenší podíl (viz obr. 6). V období došlo k výraznému poklesu podílu zemědělské půdy zejména v polohách nad 600 m n. m (viz obr. 7). Podíl orné půdy na rozloze ZUJ výrazně vzrostl v období zejména ve vyšších polohách v důsledku kolonizace v 19. století až o 20 %, v nižších polohách jen asi o 5 %, naopak v letech 23

24 její podíl poklesl o % v polohách do 600 m n. m. a nad 800 m n. m. nebo v blízkosti železné opony vymizela orná půda úplně. Po roce 1990 pokračoval úbytek podílu orné půdy i pod hranicí 600 m n. m. Vývoj lesních ploch v povodí Otavy doznal v období slabší až středně intenzivní nárůst, nejvíce ve svažitých polohách (viz obr. 4). Tento trend pokračoval i v totalitním období, kdy průměrný nárůst činil 15 až 30 % z důvodů odsunutí Němců a poklesu hustoty zalidnění v horských oblastech (viz obr. 5), i po roce 1990 a mírný nárůst se očekává i v budoucnosti (Bičík, Kupková, 2003). V roce 1845 byla nejrozsáhlejší kategorií orná půda s necelými 40 % rozlohy území a v roce 1990 to byly lesní plochy s podílem 39, 13 %. Nejčastějším typem ZUJ byl ten, který vykazoval úbytek ZPF a nárůst lesních a jiných ploch (64,15 %) a druhým pak typ s úbytkem ZPF a jiných ploch a nárůstem lesních ploch (19,55 %). Index změny pro období dosahuje hodnoty 5,5 % (na takové části regionu došlo ke změně kategorie) a v období úrovně 13 %, což znamená, že ve druhém období byly změny v přepočtu na jeden rok až 4x intenzivnější (Bičík, Kupková, 2003). Po roce 1994 dochází v oblasti šumavského podhůří vlivem státních dotací k rozsáhlému zatravňování dříve obdělávaných pozemků a jejich přeměně na louky a pastviny (viz obr. 9). Úbytek orné půdy byl také kompenzován zalesňováním. Na tyto změny v povodí horní Blanice upozornil ve své bakalářské práci I. Hintnaus (Hintnaus, 2008). K podobným výsledkům dospěli také Z. Kliment a M. Matoušková, kteří provedli analýzu změn využití krajiny v povodí Ostružné (viz obr. 8) na základě údajů z evropské databáze CORINE Land Cover v letech 1992 a 2000 (Kliment, Matoušková, 2009). Změny ve využití ploch na území NP Šumava také zkoumala ve své bakalářské práci Petra Kolešová v roce Pracováno bylo se snímky z družic Spot a Landsat. Mezi lety došlo podle analýzy snímků z družice Spot k úbytku lesních ploch ze 78,42 % v roce 1995 na 72,37 % v roce 2005 (viz tab. 3). Nejvíce se změny projevily jižně od obce Modrava, kde se nachází ohnisko poslední kůrovcové kalamity. Podle snímků z družice Landsat došlo v letech k úbytku lesní vegetace o 799 ha (viz tab. 4). Příčinou mohlo být opět šíření kůrovce a také vichřice Kyrill, která se přes NP Šumava přehnala v roce 2007 (Kolešová, 2011). 24

25 Tabulka 3: Rozloha a podíl ploch v NP Šumava (družice Spot) třída Land cover rozloha v ha rozloha v % lesní vegetace ,42 72,37 ostatní plochy ,58 24,63 celkem Zdroj: Kolešová, 2011 Tabulka 4: Rozloha a podíl ploch v NP Šumava (družice Landsat) třída Land cover rozloha v ha rozloha v % jehličnaté lesy ,74 66,42 smíšení lesy ,48 0,68 listnaté lesy ,88 0,53 ostatní plocha ,9 32,37 celkem Zdroj: Kolešová, 2011 Obr. 4: Vývoj rozlohy lesních ploch Zdroj: Bičík, Kupková,

26 Obr. 5: Vývoj rozlohy lesních ploch Zdroj: Bičík, Kupková, 2003 Obr. 6: Vývoj rozlohy zemědělské půdy Zdroj: Bičík, Kupková,

27 Obr. 7: Vývoj rozlohy zemědělské půdy Zdroj: Bičík, Kupková, 2003 Obr. 8: Změny krajinného pokryvu v povodí Ostružné podle CORINE Land cover Zdroj: Kliment, Matoušková,

28 Obr. 9: Změny ve využití krajiny v povodí Zbytinského a Tetřívčího potoka Zdroj: Hintnaus, Přírodní vlivy Přírodní vlivy se narozdíl od vlivů antropogenních projevují výrazně dlouhodoběji a ve většině případů bez vlivu člověka. Jejich dlouhodobá proměnlivost závisí na globálních klimatických změnách a je velmi obtížné je předpovídat. Mezi hlavní klimatické faktory, které mají rozhodující vliv na změny odtokových poměrů na Šumavě, patří změny v množství srážek a jejich rozložení během roku a také změny teploty vzduchu ovlivňující zejména množství sněhové pokrývky a její tání na jaře a také velikost evapotranspirace, tedy množství vody, které neodteče po povrchu, ale vypaří se. Specifickým přírodním faktorem ovlivňujícím odtokový režim v šumavských podmínkách jsou rašeliniště. 28

29 2.2.1 Klimatické změny Vliv změny úhrnů srážek na odtok a jejich budoucí vývoj v kontextu s globální změnou klimatu zkoumali v roce 2009 Freddie S. Mpelasoka a Francis S. Chiew z Austrálie. Použita byla data průměrných ročních průtoků a úhrnů srážek z období , která byla porovnána s daty vypočtenými pro období pomocí 14 různých klimatických modelů pro jihovýchodní, severní a jihozápadní část Austrálie. Výsledky u většiny modelů potvrdily těsnou závislost mezi úhrnem srážek a hodnotami průtoků a předpovídají v budoucnu větší extremitu ve srážkách i průtocích, takže suché oblasti budou ještě sušší a vlhké naopak ještě vlhčí (Mpelasoka, Chiew, 2009). Důsledky změny klimatu na odtokovou bilanci analyzovali v roce 2006 M. A. Rawlins, S. Frolking, R. B. Lammers a C. J. Vörösmarty z univerzity v Durhamu v New Hampshire. Zkoumán byl vliv změn ročních úhrnů srážek a průměrné roční teploty vzduchu na roční výpar a odtokovou výšku v oblasti kanadského teritoria Yukon a amerického státu Aljaška v období Bylo zjištěno, že hodnoty výparu a odtoku odhadované pomocí modelů jsou silně závislé na délce a úplnosti datové řady a že i drobné klimatické výkyvy mohou výrazně ovlivnit celkovou odtokovou bilanci v arktické oblasti (Rawlins, Frolking, Lammers, Vörösmarty, 2006). Dlouhodobé odtokové změny ve vazbě na množství sněhové pokrývky zkoumali M. Nakatsugawa a K. Hoshi z univerzity v Sapporu. Analýza se týkala povodí přehrad Jozankei a Hoheikyo na japonském ostrově Hokkaido. Byl použit tzv. Tank model, který kromě srážkových dat zahrnoval také teplotní změny v atmosféře, ve vegetačním pásmu i při zemském povrchu (Nakatsugawa, Hoshi, 2002). Analýzu citlivosti hydrologické bilance na změny srážek a relativní vlhkosti vzduchu při zvyšování teploty vzduchu provedl v roce 2009 Ladislav Kašpárek z VÚV T. G. M. Pro odhad byla použita metoda regresní analýzy vztahů mezi dlouhodobými průměry pozorovaných odtoků a průměrů meteorologických veličin z období na 21 povodích v ČR vybraných tak, aby reprezentovala různé přírodní podmínky. Z analýzy vyplývá, že pokud jde o celkové množství vody, která odteče z našeho území, a tedy i celkových dostupných zdrojů vody v ČR, jsou při oteplování podstatnější poklesy odtoku v horských oblastech. Z hlediska ekologie vodních toků a minimálních zůstatkových průtoků jsou nebezpečnější dopady oteplení v suchých oblastech (Kašpárek, 2009). Nejvýznamnější období sucha v letech na území ČR zmapoval v roce 2010 Pavel Treml z VÚV T. G. M. Studie porovnává meteorologická sucha zjištěná 29

30 metodami součtových řad a efektivních srážek s hydrologickým suchem zjištěným metodou nedostatkových objemů. Data byla získána ze šesti stanic v různých povodích po celé ČR. Zhodnocena byla také četnost výskytu dnů sucha v jednotlivých letech a pětiletích. Bylo zjištěno, že mezi meteorologickým suchem analyzovaným metodou součtových řad a hydrologickým suchem existuje vazba především v období měsíců srpen až listopad. V tomto období jsou průtoky ve vodních tocích malé a sucho působí největší problémy. Naopak v jarním období je vztah mezi meteorologickým a hydrologickým suchem minimální, neboť hlavním činitelem, který ovlivňuje průtoky, je zvýšený odtok z tajícího sněhu a nadlepšování množství vody z podzemních vod (Treml, 2010). Vztah mezi množstvím srážek v daném povodí a průtokem v jeho koncovém profilu zkoumali ve své studii Zdeněk Kliment a Milada Matoušková z Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy. Cílem bylo zjistit, jaké faktory nejvíce ovlivnily odtokové poměry a ve kterém období byly změny nejintenzivnější. Vzájemná závislost množství srážek a průtoků byla zjišťována z dlouhých časových řad pomocí Mann - Kendallova neparametrického testu a korelačních koeficientů. Tabulka 5 ukazuje vztah mezi průměrnými ročními srážkami a průtoky v období Největší závislost mezi srážkami a průtokem v povodí Ostružné byla v období , v povodí Vydry v letech a povodí Blanice v letech Nejmenší závislost byla naopak v povodí Ostružné i Vydry v letech a v povodí Blanice v letech Nejmenší průměrnou korelaci vykazuje povodí Ostružné, které je převážně využíváno pro zemědělství, a největší korelace byla prokázána u nejméně pozměněného povodí Vydry. Ještě větší rozdíly mezi jednotlivými povodími i obdobími byly zjištěny v případě průměrných měsíčních srážek a průtoků, jak ukazuje tabulka 6. Z výše uvedeného plyne, že úhrny srážek celkově vykazují větší rozdíly mezi jednotlivými ročními obdobími, zejména je zde patrný mírný nárůst v zimní polovině roku (viz obr. 10). Průměrné roční teploty stále rostou, zejména od konce 80. let a více v letní polovině roku. Celkově podprůměrně teplé období bylo v letech , kdy byla naopak zaznamenána nadprůměrná výška sněhové pokrývky. Počet dní se sněhovou pokrývkou stejně jako průměrná výška sněhové pokrývky od té doby stále klesá, zejména v nižších polohách (Kliment, Matoušková, 2009). Výše uvedené klimatické trendy jsou obdobné i celosvětovém měřítku v souvislosti s globální změnou klimatu a potvrzuje je ve své diplomové práci i Karolina Lejsková, 30

31 která se v roce 2000 zabývala změnami srážek v jihočeské části Šumavy v letech (Lejsková, 2000). Tabulka 5: Korelační koeficienty založené na Mann - Kendall testu mezi Qr a Hr v období Období Ostružná Vydra Blanice ,524 0,726 0, ,603 0,710 0, ,204 0,673 0, ,969 0,888 0, ,510 0,677 0,512 Zdroj: Kliment, Matoušková, 2009 Tabulka 6: Korelační koeficienty založené na Mann - Kendall testu mezi Qm a Hm v období Období Ostružná Vydra Blanice ,349 0,717 0, ,608 0,790 0, ,200 0,793 0, ,644 0,632 0,680 Zdroj: Kliment, Matoušková, 2009 Obr. 10: Vývoj hydrologických a klimatických prvků v povodí Ostružné Zdroj: Kliment, Matoušková,

32 2.2.2 Vliv rašelinišť Rašeliniště v nejširším smyslu jsou suchozemské ekosystémy na trvale nebo dlouhodobě zamokřených biotopech, v nichž převažuje primární produkce nad dekompozicí biomasy a na jejichž stanovištích se v důsledku toho hromadí odumřelá organická hmota. Rašeliniště mají navíc tu výjimečnou vlastnost, že samy v sobě uchovávají informace nejen o své vlastní blízké i vzdálené minulosti, ale o historii dalších vegetačních formací o krajině v jejich bližším i vzdálenějším okolí. Hodnotíme-li jedinečnost šumavských rašelinišť z komplexně přírodovědných hledisek, lze celou tuto oblast považovat za nejvýznamnější v ČR. Spolu s lesy, s nimiž jsou spojena mnoha přímými i nepřímými ekologickými vazbami, tvoří rašeliniště nejcennější složku šumavské přírody. Hned po Třeboňské pánvi je Šumava nejvýznamnější rašeliništní oblastí v našem státě. V rámci ČR je na rašeliniště nejbohatší Jihočeský kraj (420 evidovaných ložisek, ha), následuje kraj Západočeský (600 ložisek, ha). Jako rašelinné ložisko je evidována lokalita s minimální výměrou 0,5 ha a minimální mocností 30 cm v neodvodněném stavu (Národní park Šumava, 2012.) Údaje o počtu a výměře rašelinišť na Šumavě jsou uvedeny v tabulce 7 (údaje byly převzaty z krajských a okresních elaborátů rašelinářských průzkumů k roku 1970 a částečně korigovány). Šumavská rašeliniště se vyskytují převážně ve vyšších a méně svažitých polohách, kde je znesnadněn odtok vody, zejména v povodí Křemelné, Vydry a Teplé Vltavy (viz obr. 11). Všechna rašeliniště na Šumavě jsou vrchovištního typu, kdy akumulovaná organická hmota vytváří ve středu rašeliniště vyvýšeniny, tzv. vrchoviště. Šumavská rašeliniště se dále dělí na výše položené slatě umístěné často na náhorních pláních v oblasti rozvodí ve výšce nad m n. m. a dále nivy vyskytující se v říčních údolích ve výšce okolo m n. m. Mezi šumavské slatě patří např. Jezerní slať u Horské Kvildy a mezi nivy např. Mrtvý luh u Volar (Anděra, Zavřel, 2004). Tabulka 7: Počet a výměra rašelinných ložisek na Šumavě Území počet všech evidovaných ložisek počet ložisek nad 15 ha výměra (ha) Šumava jako celek Národní park CHKO Zdroj: Národní park Šumava 32

33 Obr. 11: Výskyt rašelinišť a mokřadů na Šumavě Data: Arc ČR, DIBAVOD Hydrologickou funkci rašelinišť zkoumali v roce 1997 například Paul H. Glaser, Donald I. Siegel, Edwin A. Romanowicz a Yi Ping Shen z Minneapoliské univerzity. Předmětem výzkumu byla reakce rašelinišť v pramenné oblasti v Minnesotě na změny v úhrnu srážek. Bylo zjištěno, že během období sucha podzemní voda stoupá vrstvou rašeliny směrem vzhůru až do hloubky 1-2 m pod povrchem rašeliny. Ve vlhkém období je naopak hladina podzemní vody stlačována směrem dolů a k okrajům rašeliniště. Rašeliniště v přirozeném stavu tak vyrovnávají průtoky v tocích, které z nich vytékají (Glaser, Siegel, Romanowitz, Shen, 1997). Tato přirozená regulační funkce rašelinišť se však ztrácí, pokud se nacházejí v místech s nízkou hladinou podzemní vody, jak ukázal v roce 2010 ve své studii Piotr Klimaszyk v univerzity v Poznani. Předmětem výzkumu byla rašeliniště ve Wielkopolském národním parku. Jedná se o tzv. prohlubňová rašeliniště nacházející se většinou v hlubokých bezodtokých pánvích, která jsou zásobována především 33

34 srážkovou vodou a jejichž tloušťka rašelinné vrstvy závisí na minerálním složení jejich podloží (Klimaszyk, 2010). Hydrologická funkce rašelinišť je na území ČR zkoumána už od 50. let 20. století. Výsledky těchto prací prokázaly, že toky odvodňující rašeliniště mají značnou rozkolísanost průtoků a význam rašelinišť z hlediska vyrovnávání odtokového režimu byl v minulosti přeceňován. Byl např. zjištěn poměrně malý vliv zimních sněhových srážek při nadlepšování průtoků v letní polovině roku a naopak výrazné uplatnění letních přívalových dešťů. Při naplnění horských vrchovišť na plnou vodní kapacitu byl přitom registrován rychlý vzestup odtoků. Rovněž při déletrvajícím období sucha se rašeliniště neprojevují hydrologicky pozitivně, to znamená nenapájejí vodní toky. Naopak tyto práce konstatují zlepšení hydrologického režimu toků po provedeném odvodnění a zkulturnění rašelinišť (Janský, 2005). Výzkumem hydrologické funkce rašelinišť a jejich vlivu na odtokový proces se dlouhodobě zabývají Jan Kocum a Bohumír Janský z Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy. Podkladem pro analýzu byly datové řady denních průtoků z období měřených na 6 ultrazvukových hladinoměrných stanicích, 4 limnigrafických stanicích ČHMÚ, 2 vodoměrných stanicích ČEZ a dále srážkoměrných stanicích měřících srážky každých 10 minut. Zkoumám byl odtokový režim v povodí Vydry a Křemelné, variabilita odtoku v experimentálních povodích Zhůřeckého potoka a Rokytky a extrémní povodňové situace v povodí Ptačího potoka, Černého potoka a Rokytky. Hodnoty průtoků byly vypočteny z hodnot vodních stavů pomocí konsumpčních křivek (Kocum, Janský, 2008). Bylo zjištěno, že ve sledovaném období vykazuje stanice Modrava na Vydře s povodím pokrytým z 38 % rašeliništi mírně větší měsíční i roční variabilitu průtoků než stanice Stodůlky na Křemelné, kde je povodí tvořeno rašeliništi pouze z 5 %. Podobně vypadá srovnání celoroční rozkolísanosti, tedy podílu mezi průměrným měsíčním průtokem nejvodnatějšího měsíce (duben) a nejméně vodného (prosinec), kde Vydra vykazuje hodnotu 3,83 a Křemelná 3,35. Pro podrobnější analýzu byla vybrána 2 experimentální povodí Rokytky patřící do povodí Vydry a tvořené rašelinou z 55 % a dále povodí Zhůřeckého potoka patřící do povodí Křemelné a tvořené rašelinou pouze ze 6 %. Bylo zjištěno, že povodí Rokytky vykazuje v období od října 2006 do května 2007 větší variabilitu denních průtoků a zároveň kratší časovou odezvu (3 hod 20 min) na příčinné srážky než povodí Zhůřeckého potoka (4 hod 40 min). Podobných výsledků bylo dosaženo i v případě analýzy extrémních povodňových situací provedené na 34

35 příkladě podvodně z počátku března 2008 v povodích Rokytky, Ptačího potoka a Černého potoka. Opět největší variabilitu odtoku vykazovalo povodí Rokytky s největším podílem rašelinišť na rozloze a nejmenší variabilitu odtoku v případě povodí Černého potoka tvořené rašeliništi jen z 5 % (Kocum, Janský, 2008). Hydrologická funkce rašelinišť závisí na jejich typu, jejich stáří a míře antropogenního ovlivnění. Jejich retenční potenciál by byl snadněji využitelný v případě jejich revitalizace, kde by bývalé odvodňovací kanály byly přehrazeny a akumulační nádrže dříve sloužící k plavbě dřeva byly přeměněny na tzv. suché poldery. Stejně prospěšné by bylo i zlepšení zdravotního stavu okolních porostů, které byly postiženy kůrovcovými kalamitami. Všechna tato opatření jsou ovšem aplikovatelná pouze mimo území přírodních a národních přírodních rezervací, která by měla být ponechána bez vlivu člověka (Kocum, Janský, 2008). Ekologií rašelinišť na Šumavě a jejich schopností regenerace po narušení člověkem se ve své disertační práci v roce 2009 zabýval Petr Horn z Přírodovědecké fakulty Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích. Jako hlavní příčiny narušení rašelinišť člověkem uvádí: odvodnění a odlesnění kvůli zemědělským kulturám (do roku 1945), odvodnění kvůli lesním kulturám (od 19. století až do konce 20. století), těžbu borkováním (v letech ), těžbu frézováním (od 50. let do současnosti) a zaplavení vodou z přehrad či rybníků (od středověku do 60. let 20. století) nebo prostou destrukci plochy rašelinišť kvůli zástavbě (v letech především kvůli výstavbě střežených pásem ochrany, tzv. signálek). Jako možnosti jejich obnovy navrhuje opětovné zavodnění, přehrazení odvodňovacích kanálů nebo budování mělkých depresí. Na příkladu rašeliniště Horní Borková však ukazuje, že lokality opuštěné po těžbě rašeliny mohou být v horizontu 10 až 15 let pokryty souvislou vegetací, která vznikla spontánní sukcesí bez jakékoliv dodatečné lesnické nebo zemědělské rekultivace. I přes to, že na lokalitách přetrvává vliv odvodnění, může za určitých podmínek (vysoká vlhkost vzduchu) dojít k částečné obnově rašelinotvorné vegetace (Horn, 2009). 35

36 2.3 Disturbance V ekologii se pod pojmem disturbance rozumí dočasná změna podmínek v životním prostředí, která může mít za následek dočasnou nebo trvalou změnu v ekosystému. Disturbance mohou být podmíněny přírodně nebo lidskou činností. Mezi přírodní disturbance patří např. požáry, povodně, větrné nebo kůrovcové kalamity a mezi antropogenní se řadí kácení lesů nebo introdukce nepůvodních druhů. Disturbance hrají důležitou roli při vývoji každého ekosystému, kdy sice dojde k přerušení přirozeného vývoje, ale v celkovém důsledku obvykle dojde k posílení jeho odolnosti a zvýšení biodiverzity. Mezi disturbance, které mají významný vliv na změny odtokových poměrů na Šumavě, patří především lesní kůrovcové a větrné kalamity a také povodně Lesní kůrovcové a větrné kalamity V oblasti Šumavy jsou větrné kalamity zaznamenány již od středověku a obvykle těsně souvisejí i s kalamitami kůrovcovými. Gradace lýkožrouta smrkového (kůrovce) obvykle následuje bezprostředně po větrné kalamitě, kdy je větrem poškozený porost náchylnější k napadení kůrovcem a poskytuje ideální podmínky pro jeho rozmnožování. Po vylíhnutí potomků však často dochází k samovolnému šíření kůrovce i na okolní zdravý porost. Proto je často snahou lesníků s kůrovcem bojovat, aby nedocházelo ke ztrátám na hospodářském dřevě. Kůrovcové kalamity však často les přirozenou cestou zmlazují a tím i zvyšují jeho odolnost vůči dalším disturbancím a také jeho retenční schopnosti. Kůrovcové kalamity jsou dlouhodobě zkoumány v Evropě a Severní Americe. Jejich dopady na krajinu na příkladu osmi obcí na poloostrově Kenai na Aljašce například zkoumala Courtney G. Flint z University of Illinois. Zjišťovány byly následky kalamit na náchylnost lesů k požárům, opadu listí, změnu životního prostředí i ekonomickou situaci jednotlivých obcí závislých na těžbě dřeva (Flint, 2006). Náchylnost horských smrčin v Utahu ke kůrovcovým kalamitám zkoumali v roce 2011 Justin De Rose, James N. Long a Douglas Ramsey z Utah State University. Pomocí dendrochronologických dat porovnávali data úmrtí smrků po kůrovcových kalamitách s daty získaných pomocí satelitního snímkování v letech 1991, 1995, 1999 a 2003 a prokázali silnou závislost změn spektrální odrazivosti vegetace na její postižení kůrovcem (De Rose, Long, Ramsey, 2011). Historickými a současnými příčinami kůrovcových kalamit na Šumavě se v roce 1998 zabýval např. Vladimír Zatloukal ze Správy NP a CHKO Šumava. Mezi historické 36

37 predispozice šumavských lesů ke vzniku kůrovcových kalamit řadí 3 kolonizační vlny (agrární - od 13. století, průmyslová - od století a dřevařská - od 18. století) a s nimi spojené aktivity vedoucí k oslabování stability lesních ekosystémů. Mezi ně patří klučení lesů resp. odlesňování, pastva dobytka v lesích, škody způsobené nepřiměřenými stavy spárkaté zvěře, holosečné způsoby hospodaření a nepřiměřený objem těžeb. Mezi novodobé predispoziční faktory patří globální změny klimatu a také antropická zátěž lesních ekosystémů, která má za následek oslabení porostů imisními vlivy nebo kyselé srážky (Zatloukal, 1998). První zaznamenaná kůrovcová kalamita na Šumavě se odehrála ve 12. století, ale není znám její rozsah ani bližší lokalizace. První doložená kůrovcová kalamita na Šumavě pochází z roku 1726 a větrná kalamita způsobená vichřicí byla v roce Od 19. století se dochovaly i záznamy o rozsahu škod na dřevě i přesnější lokalizace jednotlivých kalamit. Nejčastější příčinou kůrovcové kalamity bylo opožděné zapracování dřeva spadaného po předchozí větrné kalamitě, které umožnilo rychlé rozmnožení kůrovce. K podobné situaci došlo např. během 2. světové války, kdy bylo pohraničí vylidněno, dřevo zůstalo nezpracováno a v roce 1945 nastoupila velká kůrovcová kalamita. Tabulka 8 přináší chronologický přehled šumavských větrných a kůrovcových kalamit od počátku 18. do koce 20. století (Zatloukal, 1998). Miroslav Svoboda a kol. zkoumali stáří a odolnost šumavských lesních porostů v závislosti na nadmořské výšce a větrných či kůrovcových kalamitách, které je v minulosti ovlivňovaly. Bylo vybráno několik pokusných ploch o rozměrech 400 na 500 m a nadmořské výšce od 1250 do 1350 m rozdělených na 5 řádek podle nadmořské výšky. Bylo zjištěno, že ve spodních dvou řádcích je až 10krát větší hustota stromového porostu na 1 ha, ale až 2krát pomalejší zmlazení po kalamitě než v případě horních dvou řádků. Rychlejší zmlazení porostů ve vyšších polohách částech dokazuje také těsnější shoda mezi obdobími největších kalamit a přírůstky nových stromů v případě horních dvou řádků. Z výše uvedeného lze konstatovat, že nadmořská výška hraje významnou roli v náchylnosti lesa vůči disturbancím a také jeho přirozené obnovy (Svoboda et al., 2012). Příznivou roli přírodních disturbancí, konkrétně kůrovcových kalamit, v přirozené obnově lesa prokázali např. Magda Jonášová a Karel Prach ve své analýze obnovy středoevropských smrkových horských lesů po kůrovcové kalamitě v letech 1996 a Zkoumána byla obnova lesa v letech na 18 výzkumných stanovištích v NP Šumava. 8 stanovišť se nacházelo v jádrové oblasti NP, která byla po kalamitě 37

38 ponechána zcela bez zásahu, 5 stanovišť horského lesa bylo po kalamitě v roce zcela vykáceno a dalších 5 stanovišť se nacházelo v podmáčeném lese a bylo opět ponecháno bez zásahu. Bylo zjištěno, že v oblastech ponechaných samovolnému vývoji dochází k rychlejší obnově lesa než v případě jeho vykácení. Za 5 let pozorování se zde podíl pokrytí odumřelými stromy snížil z 41 % v roce 1997 na 11,5 % v roce 2002 v případě horského lesa a z 50 % v roce 1997 na 28 % v roce 2002 u podmáčeného lesa. Zejména v případě horského lesa probíhala regenerace velmi rychle, zejména u smrků a jeřabin. Navíc po úplném odumření napadených stromů se začal objevovat i buk, takže les se začal navracet do své původní podoby, kterou měl ještě před vysázením smrkových monokultur. Proto by se kůrovec mohl využívat jako přírodní nástroj pro navracení horských lesů do původní podoby (Jonášová, Prach, 2004). K podobných výsledkům dospěli v roce 2009 také Martin Hais, Magda Jonášová, Jakub Langhammer a Tomáš Kučera ve své analýze snímků z družice Landsat. I zde bylo vybráno několik pokusných stanovišť na Šumavě, která byla po napadení kůrovcem ponechána bez zásahu nebo zcela vykácena. Pomocí analýzy spektrální odrazivosti vegetace u snímků z let Zejména u snímků z let byla prokázána značná odchylka mezi spektrální odezvou bezzásahových a vykácených ploch, kdy plochy ponechané bez zásahu byly svou spektrální odezvou nejblíže normálnímu stavu zdravého lesa a naopak vykácené plochy vykazovaly největší odchylku od normálu (Hais, Jonášová, Langhammer, Kučera, 2009). Kůrovcové a větrné kalamity mohou mít také vliv na celkový zdravotní stav lesní vegetace, což může rovněž ovlivňovat odtokové poměry v dané oblasti. Problematikou hodnocení stavu lesní vegetace na území NP Šumava se ve své bakalářské práci v roce 2011 zabývala Petra Kolešová. Analýza byla provedena na základě snímků z družice Landsat z 1999 a 2009 a vypočtení vegetačních indexů NDVI a LAI. U indexu NDVI bylo zjištěno, že nejhustší vegetace se vyskytuje v oblastech listnatých a smíšených lesů, zatímco řídká a nezdravá vegetace se nachází v oblastech napadených kůrovcem, nejvíce v okolí Třístoličníku, Plešného jezera, okolí pramene Vltavy a Březníku (viz obr. 12). Podle indexu listové plochy (LAI) došlo mezi lety 1999 a 2009 ke změně druhové skladby lesa na úkor listnatých lesů a ve prospěch jehličnatých, nejvýraznější změny byly v jihovýchodní části parku (Kolešová, 2011). V roce 2010 zkoumali Jaromír Kolejka, Martin Klimánek, Tomáš Mikita a Jaroslav Svoboda faktory ovlivňující poškození lesů orkánem Kyrill v roce Na oblasti příkladu Prášilska v západní části Šumavy identifikovali 5 příčinných faktorů: faktory 38

39 reliéfu, stanoviště, lesních porostů, směru a rychlosti větru a směru a vzdálenosti polomů od minulých holin. Pomocí mapové algebry v prostředí GIS vzniklo celkem 5 kategorií ohrožení porostů kalamitou od 1 (nejmenší ohrožení) do 5 (největší ohrožení) a dále mapa zobrazující zájmové území podle daných kategorií ohrožení (viz obr. 13). Z analýzy vyplynulo, že více než 40 % lesních porostů poškozených orkánem Kyrill spadá do nejohroženější kategorie a více než 85 % spadá do tří nejohroženějších kategorií. Z hlediska výsledku modulu WEIGHT, jímž byly zjištěny váhy jednotlivých faktorů, hraje nevetší roli při vzniku polomů hloubka půdy a přirozenost lesních porostů následované směrem a rychlostí větru, vzdáleností a směrem od holin a vlhkostí. Naopak zakřivení reliéfu či expozice hrají v celkovém hodnocení území relativně malou roli (Kolejka, Klimánek, Mikita, Svoboda, 2010). Obr. 12: Index NDVI v NP Šumava v roce 2009 Zdroj: Kolešová,

40 Tabulka 8: Významné větrné a kůrovcové kalamity na území Šumavy Časové období Lokalizace vítr, sníh Druh kalamity kůrovec 12. stol. Šumava není kvantifikováno není zmínka 1710 Vimperské panství mnoho tisíc stromů není zmínka Vimperské panství opakovaný polom 1726 pravděpodobně škody kůrovcem Vimperské panství velké škody - orkán? 1812,1813,1818 Vimperské panství menší polomy? Vimperské panství m m ,1836 Volarské lesy m3 cca m Vimperské panství m Vimperské panství malý rozsah Zdíkovský velkostatek malý rozsah Vimperské panství, Prášilsko m3 výskyt? a Vimperské panství, Prášilsko objemově neurčeno Vimperské panství, Prášilsko m Vimperské panství, Prášilsko silná gradace 1874 Prášilsko nové vzplanutí Vimperské panství vrchol kalamity a Vimperské panství m Prášilsko vichřice - škody v narušených porostech kůrovec v polomové hmotě Vimperské panství holiny z kalamitní těžby m Zdíkovský velkostatek vítr + kůrovec cca m Šumava vítr + kůrovec cca m celé Čechy cca m3 letní bouře s krupobitím a XI Šumava m3 bez přemnožení kůrovce základ poválečné kalamity celá ČSR, zejména pohraničí velké sucho a teplo nástup kalamity 1947 Šumava velké sucho a teplo napadení velmi silné celá ČSR m jižní a západní Čechy m3 včasné zpracování X VI Hornoplánsko m3 včasné zpracování jižní Čechy m3 nepřemnožen II jižní a západní Čechy m3 nepřemnožen a V jižní a západní Čechy m3 bez kalamity Modrava m3 pouze m a XI Modrava, Kvilda, Borová Lada m Modrava m Kvilda m Borová Lada m Území nynějšího NP Šumava m m NP Šumava m m NP Šumava m m NP Šumava m m NP Šumava m m NP Šumava m m NP Šumava m m3 Zdroj: Zatloukal,

41 Obr. 13: Ohrožení lesních porostů větrem (oblast Prášilska) Zdroj: Kolejka, Klimánek, Mikita, Svoboda,

42 2.3.2 Povodně Významným faktorem ovlivňujícím odtokové poměry na Šumavě jsou také povodně. Podobně jako kůrovcové kalamity jsou přírodního původu, ale mohou být ovlivněny i antropogenně. Podle Československé státní normy z roku 1975 se povodní rozumělo,, přechodné výrazné zvýšení hladiny toku, způsobené náhlým zvětšením průtoku nebo dočasným zmenšením průtočnosti koryta (např. ledovou zácpou). Zpravidla působí na některých úsecích toku hospodářské škody podle stupně vybudované ochrany (ČSN, 1975 cit. in Brázdil et al., 2005). Pozdější norma ČSN z roku 1983 definovala povodeň jako,,fázi hydrologického režimu vodního toku, která se může vícekrát opakovat v různých ročních obdobích a vyznačuje se náhlým, obvykle krátkodobým zvětšením průtoků a vodních stavů. Je vyvolána dešti nebo táním sněhu z oblevy (ČSN, 1983 cit. in Brázdil et al., 2005). Norma ČSN také rozděluje povodně do tří základních skupin podle příčin jejich vzniku na dešťové, sněhové a smíšené. Dešťová povodeň vzniká jen z dešťových srážek, sněhová povodeň pouze z tání sněhu a smíšená povodeň vzniká kombinací tání sněhu a dešťových srážek. Dešťové povodně se dále dělí na povodně z trvalých srážek (vázané zpravidla na jedno- až vícedenní trvalé srážky) a povodně z přívalových srážek zvaných též bleskové povodně (související se srážkami s dobou trvání v řádu hodin a intenzitou desítkách milimetrů za hodinu) (Brázdil et al., 2005). Mezi zvláštní případy patří např. ledové povodně, způsobené dočasným zmenšením průtočnosti koryta v důsledku ledových jevů. Dále sem patří i specifické povodně bez přímé vazby na meteorologickou situaci jako např. lavinové povodně, způsobené přehrazením toku sesuvem půdy, spadlou lavinou uvolněné horniny či masy sněhu nebo ucpáním koryta průtočnými překážkami unášenými proudem. Dalším typem jsou záplavy ze zpětného vzdutí, které vznikají na dolních úsecích přítoků v důsledku zvýšené hladiny hlavního toku. Patří sem i splaveninové povodně neboli mury, způsobené intenzivními srážkami či táním sněhu na nezalesnění příkrých svazích v horských oblastech a také povodně způsobené protržením přehradních hrází nebo jejich nouzovým vypuštěním (Brázdil et al., 2005). Faktory ovlivňující vznik a průběh povodně se dají rozdělit do tří základních skupin na meteorologické, fyzickogeografické a antropogenní. Mezi fyzickogeografické faktory podle Matějíčka a Hladného (1999) patří: 1) intercepce, tj. zadržující účinek vegetace na padající srážky, který je daný druhem, hustotou a vývojovým stádiem porostu, 2) detence, tj. schopnost zpomalovat odtok ze spadlých srážek naplňováním 42

43 depresí terénu, 3) infiltrace, tj. vsak vody do půdních vrstev a zvodní podzemních vod, který závisí na typu půdy, její mocnosti, pórovitosti, obsahu humusu a jejím nasycení vodou, d) objem říční sítě, tj. plnění koryt toků včetně množství vody v přilehlých podpovrchových částí břehové zóny a inundací (Matějíček, Hladný, 1999 in Brázdil et al., 2005). Mezi antropogenní faktory podle Vithy (1975) patří: nenávratná spotřeba vody v průmyslu, zemědělství a komunálním hospodářství, intenzifikace zemědělství, změny v lesním hospodářství, výpar z nádrží a rybníků, růst zastavěné a odkanalizované plochy a obecně změny v životním prostředí (Vitha, 1975 in Brázdil et al., 2005). V povodí Vltavy, jehož hlavní zdrojovou oblastí je Šumava, se za posledních téměř 900 let vyskytlo mnoho katastrofálních povodní, které Brázdil (2005) rozděluje na dvě základní období: 1) historické povodně, které se odehrály ještě před zavedením přístrojového měření a které byly zaznamenány v kronikách, letopisech a jiných písemných pramenech; 2) současné (novodobé) povodně, které již byly díky modernějším způsobům měření vodních stavů a průtoků podrobně zmapovány a popsány (Brázdil et al., 2005). První historickou povodní, která postihla celé území Čech, byla ta ze září roku Zaznamenal již už v roce 1118 kronikář Kosmas a v roce 1845 podrobněji popsal katolický kněz a kronikář Václav Krolmus. Další velká povodeň se povodí Vltavy odehrála na přelomu ledna a února roku 1342 po tuhé zimě a následné náhlé oblevě spojené s deštěm. Plovoucí ledové kry tehdy například poničily i Juditin most v Praze. Povodeň z konce července ( ) byla nejničivější velkou vodou před rokem Zasáhl povodí Vltavy, Labe i Dunaje a například v Písku řeka Otava zbořila zábradlí mostu a podemlela jeho pilíře. Další povodeň z poloviny srpna roku 1501 je zmiňována například v okolí obce Rábí v Dopisech bavorských. V roce 1598 se v Čechách odehrály hned dvě významné povodně. První proběhla ve dnech v důsledku náhlého tání mimořádného množství sněhu a druhá typicky letní povodeň vypukla ve dnech po období vydatných dešťových srážek. Sedláček (1911) uvádí velké škody na domech, zahradách, polích a loukách po rozlití Otavy v Písku. Další povodeň z poloviny února roku 1655, kterou způsobilo náhlé tání po mrazivém lednu, opět postihla celé Čechy. O deset let později následovala v červnu roku 1675 letní povodeň ve dnech Jedna z největších historických povodní v Čechách se odehrála koncem února roku 1784, kdy po silných mrazech (6. největší v historii měření v ČR) zamrzly řeky. Sedláček (1911) pro popisuje chod ledových ker na 43

44 Otavě v Písku a škody na mostě, mlýnech a koželužských stoupách. Poslední historická povodeň v povodí Vltavy proběhla ve dnech po druhé nejtužší zimě v historii měření a následném chodu ledu (Brázdil et al., 2005). První novodobá povodeň zaznamenaná v povodí Otavy proběhla ve dnech Další povodeň z roku 1862 byla zapříčiněna dlouhou zimou a následným táním sněhu a zasáhla většinu území Čech i Moravy. Největší povodeň 19. století se odehrála ve dnech roku 1890, kdy se nejvíce rozvodnila Otava a tím výrazně ovlivnila i průtok na dolní Vltavě. Zatím poslední velkou povodní v oblasti Šumavy i celých Čech byla velká voda ze srpna roku Proběhla ve dvou vlnách. První vlna byla zapříčiněna dešťovými srážkami ve dnech , které byly nejintenzivnější v oblasti jižních Čech, zejména v povodí Malše. Dne pak bylo dosaženo dvacetiletých až padesátiletých průtoků na Otavě v Písku a na Volyňce v Něměticích, padesátiletého průtoku na Blanici u Blanického mlýna a padesátiletého až stoletého průtoku na Blanici v Heřmani. Druhá povodňová vlna byla vyvolána srážkami ve dnech , kdy v oblasti jižních Čech včetně Šumavy spadlo mm. Půda zde však již byla nasycena po první vlně srážek, takže již nedocházelo k jejich vsaku a dosažené průtoky tak byly podstatně vyšší než v první vlně. Dne bylo dosaženo stoletého průtoku na Otavě v Sušici, dvousetletého průtoku na Volyňce v Něměticích a více než tisíciletého průtoku na Blanici u Blanického mlýna. Dne pak bylo dosaženo dvousetletého až pětisetletého průtoku na Úhlavě v Klatovech a více než tisíciletého průtoku na Blanici v Heřmani, Vltavě v Českých Budějovicích a Úhlavě ve Stěnovicích. Na většině vodoměrných stanic zejména v jižních Čechách včetně Šumavy byla tato povodeň zaznamenána jako dosud největší od počátku pravidelných měření vodních stavů (Brázdil et al., 2005). V roce 2009 Václav Matoušek z VÚV T. G. M. analyzoval z hydrologického hlediska dvě poslední povodně na horní Blanici, kde průtoky ještě nejsou ovlivněny Husineckou přehradou. Jedná se o velkou povodeň v srpnu 2002 a menší povodeň v září Pracováno bylo s daty ze srážkoměrných stanic Tisovka a Zbytiny a limnigrafické stanice Blanický Mlýn. Z dat srážek a průtoků byl vypočten součinitel přímého odtoku, který udává, jak velká část srážky se přeměňuje na přímý odtok, a narůstá v závislosti na růstu srážkového úhrnu. Výsledky ukázaly, že hodnoty koeficientu přímého odtoku u povodně z roku 2007 jsou výrazně vyšší než u první vlny povodně z roku 2002, která je s povodní z roku 2007 srovnatelná. Důvodem by mohly být změny na toku, které přinesly zmenšení objemu zadržované vody v rozlivu (Matoušek, 2009). 44

45 V roce 2003 Tomáš Vlasák z Oddělení povrchových vod ČHMÚ analyzoval novodobé povodně v povodí Otavy. Jako určující pro výběr byl zvolen průtok 420 m3/s ve stanici Písek odpovídající desetileté vodě. Od roku 1888 do současnosti bylo zjištěno 12 povodní, což přibližně statisticky odpovídá četnosti výskytu desetiletých vod. Navíc byla zmíněna i historická povodeň z roku 1784, která byla výjimečná svou kulminací, podobnou povodni z roku 2002, i výskytem v zimní polovině roku. U všech povodní byl zjištěn kulminační průtok a podle toho i N - letost a tyto údaje byly porovnány se stejnými povodněmi na Vltavě v Praze. Z hodnot v tabulce 9 vyplývá, že ze 13 analyzovaných povodní na Otavě se pouze 2 odehrály v zimní polovině roku. Nejvýraznější povodně v Písku i v Praze byly shodně v letech 1784, 1890 a 2002, ale např. povodně z let 1894, 1932 a 1993 se v Praze výrazně neprojevily a byly tak vázány především na oblast Šumavy resp. povodí Otavy (Vlasák, 2003). Pokud bychom vzali v potaz celé povodí Vltavy až po Prahu, je sezónnost povodní mírně vyrovnanější než v případě povodí Otavy. V období let zde z celkového počtu 103 povodní připadá 72 na zimní a 31 na letní polovinu roku. Výrazněji převládají zimní povodně nad letní u dvouletých a pětiletých průtoků, ale v případě padesátiletých a stoletých vod jsou již zcela vyrovnané (viz tab. 12). Z jednotlivých měsíců jsou nejčetnější březen s 24 a únor s 22 povodněmi, naopak nejméně četné jsou povodně v listopadu a říjnu (viz tab. 11). Pokud bychom k novodobým povodním připočítali i ty historické (zaznamenané od roku 1351), byla by jejich sezónnost již zcela vyrovnaná. Z celkového počtu 245 povodní by 113 povodní připadlo na letní, 125 na zimní polovinu roku a 7 povodní by zůstalo neurčených. Ze 13 padesátiletých období bylo zaznamenáno nejvíce povodní v letech a nejméně v letech (viz tab. 10). Není zde však rozlišena N-letost jednotlivých povodní (Brázdil et al., 2005). 45

46 Tabulka 9: Povodně na Otavě s Q max> Q10 Datum Písek kulminace Průtok (m3/s) N-letost Datum Praha kulminace Průtok (m3/s) N-letost Typ povodně (Kakos, 1983) > >100 Z L L L L L L L ?? L L L Z > >100 L Zdroj: Vlasák, 2003 Tabulka 10: Četnosti výskytu povodní v povodí Vltavy podle typu Typ Letní Zimní Neurčeno Celkem Zdroj: Brázdil et al., 2005 Tabulka 11: Měsíční četnosti výskytu povodní přesahujících dvouletý kulminační průtok 1090 m3 na Vltavě v Praze Období I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Celk Zdroj: Brázdil et al., 2005 Tabulka 12: Četnosti výskytu povodní podle N-letosti kulminačního průtoku na Vltavě v Praze N-letost Období Z L Z L Z L Z L Z L Z L Zdroj: Brázdil et al., 2005 Celk. 46

47 KAPITOLA 3 Metodika 3.1 Zdroje dat V aplikační části této práce bylo pracováno s daty průtoků a srážek poskytnutých od ČHMÚ v rámci grantu. Jedná se o data denních průtoků z 10 limnigrafických stanic na Šumavě (viz obr. 12) a měsíčních srážek ze 48 srážkoměrných stanic po celé Šumavě. Z těchto dat byly dále počítány průměry a minimální hodnoty. Pro tvorbu map zájmové oblasti byla použita podkladová data z digitální geografické databáze Arc ČR a tématická data rašelinišť, odvodňovacích kanálů a hranic jednotlivých povodí z Digitální báze vodohospodářských vod (DIBAVOD). 3.2 Hodnocení změn Součtové čáry Součtové čáry graficky vyjadřují dlouhodobou variabilitu sledovaného jevu. Mohou být jednoduché nebo podvojné. U jednoduchých součtových čar je na ose x sledované časové období a na ose y kumulované hodnoty sledované veličiny v %. U podvojných součtových čar se sleduje vývoj jedné veličiny v závislosti na druhé, například závislost průtoků na srážkových úhrnech, kdy na obou osách jsou kumulované hodnoty sledovaných veličin. Pomocí jednoduchých součtových čar byly analyzovány průměrné roční, minimální roční a průměrné měsíční průtoky. Hodnoty průměrných měsíčních průtoků byly z denních průtoků vypočteny pomocí kontingenční tabulky v programu MS Excel. Protože hodnoty ročních průtoků bylo nutné získat za hydrologický rok (od do ), musely se nejprve sečíst průměrné měsíční hodnoty průtoků od listopadu do října a součet poté vydělit 365 resp. 366 v případě přestupného roku. Relativní četnosti všech hodnot v % byly vypočítány vynásobením 100 a následným vydělením součtem všech hodnot ve sledovaném období. Z relativních četností byly postupným načítáním až do hodnoty 100 vypočteny kumulativní četnosti, které byly v grafu naneseny na osu y. Na ose x jsou pak uvedeny hydrologické roky. Stejný postup se opakoval i v případě minimálních ročních průtoků, pouze s rozdílem použití funkce minimum místo funkce průměr. 47

48 Podvojné součtové čáry byly použity pro sledování závislosti průměrných měsíčních průtoků na měsíčních úhrnech srážek. Protože měsíční úhrny srážek byly k dispozici pro jednotlivé srážkoměrné stanice, bylo nutné přepočítat jejich hodnoty na povodí uzavřené danou limnigrafickou stanicí pomocí tzv. polygonové metody. Jedná se o typ interpolace prováděný obvykle v prostředí GIS a spočívá v součtu hodnot srážkových úhrnů jednotlivých stanic ležících v daném povodí, které jsou vynásobeny plochami polygonů vztažených ke stanicím a součet je vydělen celkovou rozlohou povodí. Protože každá limnigrafická stanice měří od jiného roku, bylo nutné vybrat jedno společné období pro porovnání více stanic nebo porovnat např. jen dvě nebo tři stanice se stejnou dobou měření. Některé stanice v určitém období neměřily, nejčastěji během válek. V takovém případě bylo první období před přerušením vynecháno nebo byly chybějící hodnoty doplněny podle nejbližší stanice pomocí lineární regrese Mann - Kendall test Mann - Kendallův test slouží k detekci dlouhodobého ročního i sezónního trendu. Sezónní Mann - Kendallův test má vzorec:, kde j představuje sezónu, např. měsíc. Test má dva parametry detekce trendu: MK-S určující směr a velikost trendu a p - hodnotu vyjadřující míru signifikance (čím blíže 0, tím větší významnost testu). Výhodou tohoto testu je, že dokáže pracovat i s velmi dlouhými datovými řadami a nevadí, pokud jednotlivé řady nejsou stejně dlouhé nebo část dat chybí (stanice v tu dobu neměřila). Test jako program makro MULTMK/PARTMK v programovacím jazyce Visual Basic pro MS Excel vytvořil Anders Grimvall a dále rozvinula Claudia Libiseller z univerzity v Liköpingu. Pomocí tohoto testu byl zjišťován dlouhodobý trend průměrných měsíčních a minimálních denních průtoků a také průměrných měsíčních srážek na povodí i za jednotlivé stanice. Průměrné hodnoty byly vloženy jako vstupní data do připraveného makra v MS Excel, kde bylo ještě před spuštěním testu nutné zadat čísla sloupců představujících roky, sezóny a proměnné. Narozdíl od součtových čar zde bylo počítáno se všemi daty všech sledovaných stanic od počátku měření. Pro analýzu trendu průměrných měsíčních srážek bylo vybráno 10 srážkoměrných stanic s nejúplnějšími datovými řadami, kde data nebyla dodatečně doplňována, aby byl test co nejvíce reprezentativní. 48

49 3.3 Charakteristika oblasti Pro analýzu srážko - odtokových změn bylo vybráno 10 experimentálních povodí ležící v horské a podhorské části Šumavy. Povodí jsou uzavřena limnigrafickými stanicemi ve správě ČHMÚ. Z celkového počtu 10 stanic 9 leží v povodí Otavy a 1 v povodí Teplé Vltavy (viz obr. 14). Povodí byla vybrána pro svoji rozmanitou výškovou polohu (výškovou členitost ukazuje obr. 15) i rozdílnému krajinnému pokryvu. Zájmová oblast je rozmanitá také z hlediska sklonitosti svahů a dal by se rozdělit do tří podoblastí: nejvýše položené šumavské pláně s mírnými sklony, horské oblasti s velkými sklony a podhorské oblasti s nejmenšími sklony svahů (viz obr. 16). Vynechána byla ta povodí, která leží pod vodními díly, protože průtoky v nich jsou uměle regulovány a neodpovídají tak přírodnímu charakteru těchto povodí. Z těchto důvodů bylo zkoumáno povodí Blanice pouze nad Husineckou přehradou, povodí Vltavy nad Lipenskou přehradou a bylo zcela vynecháno povodí Úhlavy, jejíž průtok je již na horním toku ovlivněn přehradami Hamry a Nýrsko (viz kap ). Narozdíl od rešerše, kde byla hodnocena celá oblast Šumavy včetně jejího podhůří, v aplikační části tvoří zájmové území pouze 10 experimentálních povodí (na obr. 14 vyznačeno žlutě). Obr. 14: Experimentální povodí na Šumavě Data: Arc ČR, DIBAVOD 49

50 Obr. 15: Výšková členitost zájmové oblasti Data: Arc ČR, DIBAVOD Obr. 16: Sklonitost svahů v zájmové oblasti Data: Arc ČR, DIBAVOD 50