Hodnocení fluviálních systémů jako součást revitalizační studie povodí

Transkript

1 Geomorfologický Fluviální geomorfologie sborník 2 ČAG, ZČU v Plzni, 2003 Hodnocení fluviálních systémů jako součást revitalizační studie povodí Jan Kopp kopp@kge.zcu.cz Katedra geografie ZČU v Plzni, Veleslavínova 42, , Plzeň Úvod: Revitalizace povodí představují nástroj k nápravě nežádoucích změn fluviálních systémů způsobených člověkem. Existence Programu revitalizace říčních systémů vyvolala potřebu vyvíjet v České republice podrobnou účelovou metodikou hodnocení povodí. Tato metodická podpora zatím do značné míry zaostává za očekáváním, zvláště když uvážíme množství finančních prostředků investovaných do programu revitalizací (KOPP, 2002a). V následujícím příspěvku se snažím upozornit na možnosti uplatnění geomorfologických metod výzkumu ve zmíněné praktické aplikaci. Vztah fluviálních systémů k cílům revitalizace povodí: Mezi hlavní cíle revitalizací povodí (resp. fluviálních systémů) patří (1) zvýšení retenční schopnosti povodí, (2) obnova ekosystémů (především hydrických), (3) zlepšení kvality vody. Celkový charakter fluviálních systémů většinou zásadně podmiňuje možnost dosáhnout uvedených cílů revitalizace. Fluviální systém na úrovni povodí tvoří řídící prvek ve vztahu ke kvalitě vody a kvalitě biocennóz vázaných na vodní toky (RIPL 1995, STROMBERG 2001, STEIGER, GURNELL 2002, KLIMENT, KOPP 1997) (Obr. 1). Retenční schopnost povodí je jednou ze základních charakteristik fluviálního sytému povodí. Vlastní fluviální systém (DEMEK 1987, LESER 1991, KERN 1994) je charakterizován řadou vlastností, např. režimem odtoku, pohybem látek, geomorfologií povodí, údolí a koryta, hydrografií a morfometrií povodí atd. Některé z uvedených vlastností je velmi důležité hodnotit při přípravě revitalizačních studií. KVALITA VODY FLUVIÁLNÍ SYSTÉM RETENCE POVODÍ BIOCENNÓZY Obr. 1: Vztahy fluviálního systému k cílovým objektům revitalizace Zdroj: vlastní zpracování 107

2 Přístupy k hodnocení fluviálních systémů pro revitalizační studie: V České republice je zpracování většiny revitalizačních studií ovlivněno odborným zaměřením autorů, většinou inženýrského směru (EHRLICH 1996, KOVÁŘ 1998, ŠINDLAR 1995, ZUNA 2002). Spíše ojediněle se v revitalizační praxi setkáme s podrobným biologickým, hydrochemickým nebo geomorfologickým hodnocením. Inženýrská odbornost dominuje i v oficiálních metodikách (EHRLICH AJ. 1996, ŠINDLAR 1995). Hodnocení fluviálních systémů se většinou omezuje na hydrologické podklady, morfometrii koryt, případně rozbor splavenin. V méně častých případech se setkáme s hodnocením erozních procesů v povodí (KUTÁK 1996). Nejvýznamnějším uplatněním geomorfologických metod výzkumu jsou návrhy metodik na kategorizaci toků (a) podle říční geomorfologie a (b) podle ekomorfologické kvality. Kategorizace toků podle příslušnosti ke geomorfologickým typům byla pro naše podmínky upravena podle amerického klasifikačního sytému (ROSGEN 1994, ŠINDLAR 2000). Autoři zdůrazňují nutnost určit přírodní geomorfologický typ před vlastním rozhodnutím o úpravě koryta. Pro určení typů (42 v původní klasifikaci) se používá různých, strukturovaných parametrů: podélný sklon koryta, relativní šířka řečiště, relativní šířka koryta, sinusoita, charakter dna, efektivní průměr splavenin atd. (ROSGEN 1994, ŠINDLAR 2000). Ekomorfologická kategorizace propojuje hodnocení geomorfologických vlastností koryta s hodnocením podmínek pro hydrobiocennózy, případně i s hodnocením kvality vody (MATOUŠKOVÁ 2000, 2002, SÁDLO, STORCH 2000). Takový přístup vyžaduje sice velmi náročný a kvalifikovaný terénní průzkum, ale vlastnímu pojetí revitalizací je určitě bližší. V zahraničí se též vyvíjejí podobné přístupy (BOHN, KERSHENER 2000, GILVEAR 1999, KERN 1994), jejich přímá aplikace v naší praxi je však problematická. Komplikace působí především jiné klasifikace kvality vody a jiné biotické podmínky. Samostatnou kapitolu hodnocení fluviálních systémů představuje hodnocení jejich změny. Taková hodnocení jsou poměrně častá (CZUDEK, HILLER 2001, KLIMENT 2000, SURIAN, RINALDI 2003, VOŽENÍLEK, DEMEK 2000, AUZET, BOIFFIN, LUDWIG 1995), ovšem jen ojediněle s vazbou na revitalizační studie (ŠTĚRBA AJ. 2000). Postižení změn ve fluviálních systémech přitom vytváří vynikající možnost navrhnout správný směr jejich revitalizace. Největší dynamika fluviálních procesů v povodí je vázáná na extrémní odtokové situace v povodí. Výzkum těchto procesů, podmíněný extrémními odtokovými situacemi v poslední době (KOPP 2003, GREŠKOVÁ 2001, BORNSCHEIN, AIGNER, POHL 2002), lze aplikovat při návrhu opatření na zvýšení retence vody v povodí. Taková opatření (protierozní ochrana povodí, zvýšení retenčních prostorů v nivě apod.) jsou nejen v souladu s protipovodňovou ochranou, ale též jedním ze základních cílů revitalizace povodí. Teoreticky i prakticky (KOVÁŘ 1998, MATOUŠEK 2002) byl prokázán 108

3 retenční efekt revitalizačních opatření v povodí. V oficiální metodice revitalizací (EHRLICH 1996, s.7) ovšem najdeme doporučení upravovat koryta poškozená povodňovými průtoky. Tento v praxi běžný postup je většinou aplikován bezprostředně po povodních bez důkladného geomorfologického výzkumu. Nejenže okamžitě ztrácíme neocenitelné informace o vlastnostech fluviálního sytému, ale zároveň riskujeme, že vynaložené prostředky budou investovány zbytečně. Pokud nemůžeme ovlivnit příčinný faktor povodní, tedy extrémní srážky, nelze ani počítat s tím, že se změní erozní schopnost toku v extrémních situacích. Zde je třeba velmi citlivě rozlišit úseky s nutnou stabilizací koryta (např. v intravilánu) a úseky ponechané přírodnímu vývoji. Radikální přístupy k revitalizacím, většinou propagované v zahraničí (HANSEN 1996, KERN 1994, KRÁLOVÁ 2002), přinášejí názor, že revitalizace znamená nebránit toku v přírodním vývoji. Povodeň v upraveném korytě se potom jeví jako přirozený revitalizační proces. Schéma účelového hodnocení fluviálních systémů: V účelovém geomorfologickém hodnocení by měly být rozlišovány vlastnosti původního (přírodního) fluviálního systému od vlastností získaných antropogenní změnou. Takové rozlišení je žádoucí vzhledem k potřebám revitalizačních studií (KERN 1994, ROSGEN 2001, BOHN, KERSHNER 2002). Velký význam rozlišení referenčních (přírodních) podmínek pro hodnocení stavu toků a jejich povodí přikládá také Směrnice 2000/60/ES pro činnost Společenství v oblasti vodní politiky (EISELE, STEINBRICH & LEIBUNDGUT 2002, Ministerstvo životního prostředí 2001). Návrh účelového hodnocení fluviálních systémů schematicky znázorňuje Tab. 1. Z přehledu vyplývají značné možnosti uplatnění metod fluviální geomorfologie při přípravě revitalizačních studií. Tab. 1: Návrh schématu účelového hodnocení fluviálních systémů Úroveň povodí koryto Předmět Přírodní stav Antropogenní změny hodnocení Cíle Cíle potenciální přirozená eroze antropogenní eroze náchylnost k extremitě odtoku změny extremity odtoku retenční schopnost změny retenční schopnosti hydrografie povodí morfometrie pov. říční síť podélný profil příčné profily erozněakumulační procesy režim splavenin Zdroj: vlastní zpracování geomorfologický typ ekomorfologický typ změny geomorfologického, resp. ekomorfologického typu 109

4 Příklad využití geomorfologických metod výzkumu: Uvedené principy hodnocení fluviálních systémů uplatňuji při hodnocení povodí Lučního potoka. Specifikem tohoto modelového povodí jsou významné antropogenní změny fluviálního systému (KOPP 1999, 2002b, 2002c). Přírodní podmínky povodí vykazují relativně malou náchylnost ke vzniku významných fluviálních geomorfologických procesů. Současné intenzivnější erozní procesy jsou vázané pouze na antropogenní změny v povodí. Tato skutečnost se potvrdila při extrémních odtokových situacích v srpnu Provádí se vyhodnocení těchto situací v povodí (KOPP 2003). Významné erozní procesy byly zjištěny na antropogenních tvarech (komunikační náspy, haldy) a na plochách orné půdy v pramenné části povodí. Erozně-akumulační procesy v korytě se významně projevily v úseku 14,0 až 15,0 ř. km (celková délka toku 16,1 km, v tomto úseku Q a < 10 l.s -1 ). Tok zde přechází z uměle vytvořeného koryta do přírodního koryta. Významné erozní procesy byly podmíněny třemi faktory (a) intenzivními srážkami v pramenné části povodí, (b) vyšší sklonitostí podélného profilu v tomto úseku, (c) koncentrací odtoku v umělém korytě. Tok se zde zahloubil přes hlinito-jílovité deluviofluviální uloženiny až do podloží tvo řeného karbonskými arkózami kladenského souvrství. Provedli jsme přesné geodetické zaměření postiženého úseku (Obr. 2, 3). Na podélném profilu a příčných profilech je možno dokumentovat jednotlivé části sledovaného úseku: (1) umělé koryto, (2) vyerodované umělé koryto s evorzními tvary na dně, (3) úsek intenzivně zahloubený (relativně nejméně o 0,5 m) s břehovými nátržemi, (4) úsek s boční i hloubkovou erozí, (5) úsek s převládající boční erozí a akumulacemi v mírných zákrutech. Uvedený příklad potvrzuje, že nevhodné antropogenní změny fluviálních systémů (umělá stabilní koryta apod.) vytvářejí stav, který se při extrémních odtokových situacích projevuje jako značně nestabilní. Stabilitu fluviálních systémů může zvýšit vhodná revitalizace, vycházející z geomorfologického hodnocení povodí podle uvedeného schématu (Tab. 1). Literatura AUZET, A. V., BOIFFIN, J. & LUDWIG, B Concentrated Flow Erosion in Cultivated Catchments : Influence of Soil Surface State. Earth Surface Processes and Landforms, 20, s BOHN, B., A., KERSHENER, J., L Establishing aquatic restoration priorities using a watershed apporach. Journal of Environmental Management, 64, s BORNSCHEIN, A., AIGNER, D. & POHL, R Der Bruch von Glashütte. Wasserwirstschaft Wassertechnik. Berlin : Verlag Bauwesen, 7/ 2002, s CZUDEK, T., HILLER, A Vývoj údolní nivy řeky Odry v Ostravské pánvi. Geografie - sborník ČGS, 104, č. 2, s DEMEK, J Obecná geomorfologie. 1. vyd. Praha : Academia. 480 s. EHRLICH, P. AJ Metodické pokyny pro revitalizaci potoků. Metodika 20/1996. Praha : VÚMOP, 72 s. 110

5 EISELE, M., STEINBRICH, A. & LEIBUNDGUT, CH Aplikace postupu hodnocení hydrologická jakost v rámci povodí. In 10. Magdeburský seminář o ochraně vod : Labe nové horizonty managementu povodí, Špindlerův mlýn : VÚV, Povodí Labe, s.p., s GILVEAR, D., J Fluvial geomorphology and river engineering: future roles utilizing a fluvial hydrosytems framework. Geomorphology, 31, s GREŠKOVÁ, A Úloha fyzickogeografických faktorov při vzniku povodní v malých povodiach. In: Geografie XII, Sborník prací pedagogické fakulty Masarykovy univerzity, Sv. 161, řada přírodních věd, č. 21. Brno : MU Brno, s HANSEN, H. D River Restoration - Danish Experience and Examples, Ministry of Environment and Energy, Danish Environmental Protection Agency, European Centre for River Restoration, Danmark. KERN, K Grundlagen naturnaher Gewässergestaltung. Heidelberg, Berlin : Springer Verlag, 256 s. KLIMENT, Z Bilance, režim a chemismus plavenin říčky Blšanky. Geografie sborník ČGS, 105, č. 2, s KLIMENT, Z., KOPP, J Hodnocení plaveninového režimu na zdrojnicích Berounky. Geografie sborník ČGS, 102, 2, KOPP, J Environmental aspects of transformation in landscape surrounding Plzeň on the example of Luční potok brook catchment area. In Acta Facultatis Rerum Naturalium Universitais Comanianae : Geographica Supplementum No 2/I, Bratislava : Univerzita Komenského. s ISBN KOPP, J. 2002a. Hydroekologické směry hodnocení povodí v České republice. In Acta Facultatis Studiorium Humanitatis et Naturae Universitatis Prešoviensis, Prírodné vedy XXXVIII, Folia Geographica 6, Prešov : Prešovská Univerzita, FHPV, 2002, s ISBN KOPP, J. 2002b. Vliv těžby uhlí v plzeňské pánvi na změny vodních ploch. In 10. Magdeburský seminář o ochraně vod : Labe nové horizonty managementu povodí, Špindlerův mlýn : VÚV, Povodí Labe, s.p., s KOPP, J. 2002c. Vývoj antropogenní transformace povodí Lučního potoka. In Proměny krajiny a udržitelný rozvoj : sborník z XX. sjezdu ČGS, Ústí nad Labem : UJEP, s KOPP, J Povodňové riziko v povodí malých vodních toků na území Plzeňského kraje. In Sborník z 20. výroční fyzickogeografické konference ČGS. Brno [v tisku]. KOVÁŘ, P Hydrologické a krajinářské zásady revitalizace potoků a hrazení bystřin. LF ČZU, Praha. KRÁLOVÁ, H Příklady různých přístupů k revitalizaci krajiny. In Sborník konference Trvale udržitelný rozvoj. Pardubice : Česká společnost krajinných inženýrů. s KUTÁK, A Revitalizační studie povodí Lužanského potoka [diplomová práce]. PřF UK Olomouc, 79 s. LESER, H Landschaftsökologie : Ansatz, Modelle, Methodik, Anwendung. Eugen Ulmer, Stuttgart. 647 s. MATOUŠEK, V Stoletá povodeň na revitalizovaném potoce Borová. Vodní hospodářství 2/ 2002, s MATOUŠKOVÁ, M Ekologické hodnocení jakosti vodních toků. In Hydrologické dny nové podněty a vize pro příští století, 2.díl. ČHMÚ, Praha,

6 MATOUŠKOVÁ, M Ekohydrologický monitoring jako podklad pro revitalizaci vodních toků. In 10. Magdeburský seminář o ochraně vod : Labe nové horizonty managementu povodí, Špindlerův mlýn : VÚV, Povodí Labe, s.p., s Ministerstvo životního prostředí ČR Směrnice 2000/60/ES Evropského parlamentu a rady z 23. října 2000, ustavující rámec pro činnost Společenství v oblasti vodní politiky : pracovní překlad [online, cit ]. Dostupné z WWW: < >. RIPL, W Managment of Water Cycle and Energy Flow for Ecosystem Control The Energy Transport Reaction (ETR) model. Ecological Modelling 78, s ROSGEN, D., L A classification of natural rivers. Catena 22, s ROSGEN, D., L A stream channel stability assessment metodology. In Proceedings of the Seventh Federal Interagency Sedimentation Conference, Vol. 2, s SÁDLO, J., STORCH, D Biologie krajiny. 1.vyd. Praha : Vesmír, 94 s. ISBN STEIGER, J., GURNELL, A., M Spatial hydrogeomorfological influences on sediment and nutriet deposition in riparian zones: obseravtions from the Garonne River, France. Geomorphology, 49, s STROMBERG, J., C Restoration of riparian vegetation in the south-western United States: importace of flow regimes and fluvial dynamism. Journal of Arid environments, 49, s SURIAN, N., RINALDI, M., Morphological response to river engineering and management in alluvial channels in Italy. Geomorphology, 50, s ŠINDLAR, M Strategie péče o vodní toky [online, cit ]. Dostupné z WWW: < ŠINDLAR, M. AJ Revitalizace říčních systémů : metodické pokyny. MŽP, Praha, 25. Štěrba, O. aj Obnova ekologického kontinua krajiny řeky Moravy. Vodní hospodářství, 2000, 7, VOŽENÍLEK, V., DEMEK, J Modeling of soil erosion hazards as a response of lend use changes. Geografie - sborník ČGS, 105, č. 2, s ZUNA, J Hodnocení realizovaných revitalizačních staveb z hlediska morfologické členitosti potočního koryta. In Sborník konference Trvale udržitelný rozvoj. Pardubice : Česká společnost krajinných inženýrů. s Summary Fluvial systems assessment as a component of the watercourse restoration project Geomorphological methods are (a) base of the fluvial systems assessment and (b) necessary component of the watercourse restoration projects (fig. 1). We disscus different approaches to the fluvial systems assessment in the watercourse restoration methodology. We recommend to different evaluation of nature condition and catchment area antropogenic changes (tab. 1). We present for example using natural rivers classification (ROSGEN 1994). We demonstrated fluvial systems assessment of flood situation on the Luční potok catchment area example in August The flood impacts correspond to unsuitable anthropogenic changes of the stream channel stability (fig. 2, 3). 112

7 8 7 (m) Podélný profil dna 3 Podélný profil hladiny Podélný profil břehové hrany Průběh šířky koryta umístění příčných profilů Obr. 2: Podélný profil koryta Lučního potoka úsek 200 m, počátek profilu [0,0]: 14,25 ř.km, 352 m n.m., stav Zdroj: vlastní zpracování na základě geodetických měření (spolupráce P. Červený a P. Denk) (m) 113

8 114