Zm ny odtokového režimu v pramenných oblastech vodních

Transkript

1 ZM NY ODTOKOVÉHO REŽIMU V PRAMENNÝCH OBLASTECH VODNÍCH TOK Zm ny odtokového režimu v pramenných oblastech vodních tok ZDEN K KLIMENT, MILADA MATOUŠKOVÁ, VÁCLAV KRÁLOVEC, OND EJ LEDVINKA P ísp vek je zam en na shrnutí sou asných poznatk o vývoji srážko-odtokových vztah v horských pramenných oblastech. Vedle již autory hojn publikovaných záv r z oblasti Šumavy a Šumavského podh í p ináší nové poznatky z prvních analýz v povodí horní Opavy a také Krušných hor. Cílem výzkumu je sledování dlouhodobých trend ve vývoji srážko-odtokových vztah v pramenných oblastech vodních tok v tzv. jaderných zónách prob hlých povodní (Šumava, Krušné hory, Jeseníky). Vedle vývoje klimatu je pozornost v nována možnému vlivu lov ka na odtokové pom ry daných území. 1 Materiál a metody Metodika v sob zahrnuje analytické i syntetické postupy. Za základní m žeme považovat analýzu trend srážkoodtokového režimu, dopln nou o analýzu vývoje teplotních a sn hových pom r (Kliment a Matoušková 25, 26a). Sou asn jsou provád ny analýzy zm n ve využití krajiny, upravenosti í ní sít a plošného odvodn ní pozemk. Metodika je vedle p vodní studie v povodí Otavy na Šumav (modelová povodí: Vydra-Modrava, Ostružná-Kolinec, Blanice-Blanický Mlýn) postupn aplikována v povodí horní Opavy (Opava-Krnov, Opavice-Krnov, Opava-Opava, erná Opava-Mnichov, St ední Opava-Železná, Bílá Opava-Ludvíkov, Opava-Karlovice) a v též v povodí Rolavy v Krušných horách (Rolava-Chaloupky, Rolava-Stará Role) a k dispozici jsou: srážková data, teplotní, sn hová data v m sí ním kroku pro období 1961(193)-26 ( HMÚ), hydrologická data v denním kroku od za. m ení do 26 ( HMÚ), data CORINE Land cover (MŽP), data o úprav tok a plošném odvodn ní (ZVHS). 2 Výsledky Jednotlivé oblasti jsou v r zném stupni zpracování uvedené problematiky. Publikovány a pr b žn aktualizovány jsou výsledky z modelových povodí na horní Otav (viz. seznam literatury). V povodí horní Opavy a Rolavy byla provedena nezbytná homogenizace vstupních dat a prob hly základní analýzy trendu srážko-odtokového režimu a vývoje klimatu (Královec, 26, Ledvinka, 26). 2.1 Povodí horní Otavy Sledováním zm n ve srážkoodtokovém procesu s použitím metody jednoduchých a podvojných sou tových ar byly prokázány odchylky ve vývoji odtoku. Ze t ech vybraných modelových povodí v horské a podhorské ásti Šumavy se odchylky nejvíce projevily v zem d lsky využívaném povodí Ostružné, mén výrazn v povodí horní Blanice, a nebyly naopak zjišt ny v p írodním zalesn ném povodí Vydry. Zm ny se projevily z etelným nár stem odtoku v 7. a 8. letech minulého století a postupným úbytkem odtoku v následném období. Analýzou vývoje rozložení odtoku a srážek v pr b hu roku byly zjišt ny ur ité vazby nár stu odtoku na jedno ze srážkov bohatších období s vyšším podílem odtoku v mimovegeta ním období. Teplotn chladné, relativn souvislé období bylo charakteristické výskytem srážkov pr m rných až nadpr m rných let bez výrazných výkyv s nadpr m rnou výškou sn hové pokrývky a nadpr m rným po tem dní se sn hovou pokrývkou. Po r. 1982, hlavn pak v 9. letech, lze 83

2 ZDEN K KLIMENT, MILADA MATOUŠKOVÁ, VÁCLAV KRÁLOVEC, OND EJ LEDVINKA pozorovat zejména v souvislosti s nár stem teplot v letních i zimních m sících v pr m ru nižší až nízké hodnoty odtoku, p edevším ve vegeta ním období. Q Kolinec Q_(IV.-IX.) Q_(X.-III.) H povodí H Churá ov H Klatovy H_(IV.-IX.) povodí H_(V.-X.) Churá ov H_(V.-X.) Klatovy H_(X.-III.) povodí H_(XI.-IV.) Churá ov H_(XI.-IV.) Klatovy T Churá ov T Kašper.Hory T Klatovy T_(IV.-IX.) Churá ov T_(IV.-IX.) Kašper.Hory T_(IV.-IX.) Klatovy T_(X.-III.) Churá ov T_(X.-III.) Kašper.Hory T_(X.-III.) Klatovy S_výška Churá ov S_výška Kašper.Hory S_výška Klatovy S_po et Churá ov S_po et Kašper.Hory S_po et Klatovy Obrázek 1 Vývoj klimatu a nár st plošného odvodn ní v povodí Ostružné v období , Zdroj dat: HMÚ, ZVHS. Vysv tlivky : Q-pr m rný pr tok, H-úhrn srážek, T-pr m rná teplota vzduchu, S_výška pr m rná výška sn hové pokrývky, S_po et po et dn se sn hovou pokrývkou. erven : hodnoty > horní kvartil, žlut : <horní kvartil, medián>, zelen : <medián, dolní kvartil>, mod e: <dolní kvartil. Graf, tenká ára: vývoj odvodn ných ploch v jednotlivých letech, silná ára: vývoj odvodn ných ploch (kumulovan ). Vzhledem ke specifi nosti a neopakovatelnosti zjišt ného trendu odtoku za více jak 5-leté období m žeme p edpokládat, že se na n m vedle p írodních faktor podílely antropogenn podmín né zásahy. V tomto smyslu se jedná zejména o rozsáhlá hydromeliora ní opat ení, provázaná úpravami hydrografické sít a výstavbou povrchových i podpovrchových odvod ovacích systém (obr.1). Období nejintenzivn jšího nár stu odvodn ných ploch asov koresponduje se zjišt ným trendem nár stu odtoku. Významný pokles vým ry orné p dy kompenzovaný nár stem zatravn ných a zalesn ných ploch v posledním desetiletí mohl naopak p isp t spolu se zjišt nými klimatickými trendy ke zvýšení podílu evapotranspirace, a tím i k celkovému snížení odtoku (Kliment a Matoušková, 26a). Stanovení váhy a vlivu faktor ovliv ujících odtok vody z území je p edm tem synchronního monitoringu odtoku na r zn využitých díl ích experimentálních plochách v lokalit Zbytiny v povodí horní Blanice (Kliment a Matoušková, 26b). 2.2 Povodí horní Opavy Povodí Opavy bylo siln zasaženo extrémní povodní v roce 1997 a náchylnost území k povodním se projevila i v zá í 27, kdy se zde na n kolika místech vyskytly až 5-leté pr toky. Pro ú ely výzkumného úkolu bylo povodí vymezeno po soutok s Moravicí (limnigrafická stanice Opava). Studované povodí o celkové rozloze 929,69 km 2 má horský charakter a vyzna uje se výraznými výškovými rozdíly (Prad d-1492 m, Opava-242 m). eka Opava vzniká soutokem t í hlavních zdrojnic erné, Bílé a St ední Opavy ve Vrbn pod Prad dem a odvod uje nejvyšší partie Hrubého Jeseníku. V Krnov z levé strany p ibírá sv j nejv tší p ítok Opavici (obr.2). 84

3 ZM NY ODTOKOVÉHO REŽIMU V PRAMENNÝCH OBLASTECH VODNÍCH TOK Obrázek 2: Klimatologické, srážkom rné a limnigrafické stanice v povodí Opavy Analýza trend S-O režimu P i zpracování byla použita metodika shodná s d ív jšími výzkumy v povodí Otavy (Kliment, Matoušková, 25, 26a). Základní analýzy odtoku byly ešeny metodou jednoduchých sou tových ar pro všechna uvažovaná díl í povodí (tab.1). Pro zp esn ní výsledk byly zkonstruovány i podvojné sou tové áry kumulativních ro ních pr tok a srážkových úhrn. T mto analýzám p edcházela nezbytná homogenizace srážkových dat ze 23 uvažovaných klimatologických a srážkom rných stanic (tab.2) a dopln ní chyb jících srážkových úhrn metodou lineární regrese. Pro vyjád ení plošné srážky na povodí byla použita metoda Thiessenových polygon. Ke zjišt ní významných odchylek v odtokovém režimu bylo použito metody jednoduchých sou tových ar, které byly zkonstruovány pro pr m rné denní pr toky. Jednoduché sou tové áry Qd byly vytvo eny pro všechny záv rové profily díl ích povodí za celá období pozorování. Kv li možným zm nám ve vývoji odtoku v závislosti na zm nách v chodu srážek byly pro jednotlivé limnigrafické stanice vytvo eny také jednoduché sou tové áry pr m rných ro ních pr tok, srážkových úhrn a odtokového sou initele. Kv li nejednotnosti a neúplnosti asových ad bylo v profilech Opava-Karlovice a erná Opava-Mnichov zkráceno sledované období na léta a v profilech Bílá Opava- Ludvíkov a St ední Opava-Železná omezeno pouze na období pozorování ( /97). Na základ analýz jednoduchých sou tových ar byly prokázány odchylky ve vývoji odtoku v profilech Opava-Karlovice a Opava-Krnov, výrazn ji pak v profilech Opava-Opava (obr.3) a Opavice- Krnov. V horských povodích erné, Bílé a St ední Opavy se zm ny v odtoku za sledovaná období neprojevily. P i rozboru nejdelší pr tokové ady v Opav byly zaznamenány r zn dlouhé záporné i kladné odchylky odtoku, jedna z nevýrazn jších zm n je vázána na období (nár st odtoku). Ur ité zm ny jsou patrné i na za átku 4. let, od poloviny 6. let a je vid t i ur itý vliv katastrofální povodn v r

4 ZDEN K KLIMENT, MILADA MATOUŠKOVÁ, VÁCLAV KRÁLOVEC, OND EJ LEDVINKA 1 Opava 8 lineární trend kum Qd [%] rok Obrázek 3 Jednoduchá sou tová ára Qd pro profil Opava-Opava, Krnov-OPC lineární trend 1 99 kum. Qr [%] kum. Hr [%] Obrázek 4 Podvojná sou tová ára Qr a Hr pro profil Opavice-Krnov, Ke zp esn ní a konfrontaci dosažených výsledk byly pro jednotlivé profily sestrojeny podvojné sou tové áry ro ních pr tok a srážkových úhrn, které lépe vystihují identifikované zm ny ve vývoji odtoku. Výsledky potvrdily p edchozí zjišt ní vycházející z analýz jednoduchých sou tových ar. Nejv tší odchylky od lineárního trendu byly op t zaznamenány v profilech Opava-Opava a Opavice- Krnov (Obr.4). Tabulka 1 Uvažované limnigrafické stanice DB Stanice Vodní tok HP M í (od-do) P [km 2 ] Q a [m 3 /s] H s [mm] H o [mm]* [%]* 2581 Mnichov erná Opava 259 Železná St ední Opava ,46, , ,28 1, ,5 26 Ludvíkov Bílá Opava ,5, , Karlovice Opava ,29 2, , 263 Krnov Opava ,5 4, ,5 265 Krnov Opavice ,52 1, ,9 266 Opava Opava ,65 6, ,5 * hodnoty byly vypo teny metodou Thiessenových polygon. Zdroj dat: HMÚ 86

5 ZM NY ODTOKOVÉHO REŽIMU V PRAMENNÝCH OBLASTECH VODNÍCH TOK Tabulka 2: Klimatologické a srážkom rné stanice v povodí Opavy a blízkém okolí Indikativ Stanice Nadm. výška [m n. m.] Typ stanice XI XII I II III IV V VI VII VIII IX X Ro ní úhrn [mm]* O1BOHD1 Bohdanovice 463 KLI O1CERV1 ervená 75 KLI O1KRNO1 Krnov 364 KLI O1ZARY1 MA - Žáry 483 KLI O1OPAV1 Opava 272 KLI O1PRAD1 Prad d 149 KLI O1REJV1 Rejvíz 757 KLI O1RYMA1 Rýma ov 645 KLI O1SVET1 Sv tlá Hora 596 KLI O1BELA1 B lá pod Prad dem 68 SRA O1BRUN1 Bruntál 53 SRA O1HERM1 He manovice 652 SRA O1HRAB1 Hrabyn 39 SRA O1JISL1 Jind ichov ve Slezsku 348 SRA O1KARL1 Karlovice 55 SRA O1LICH1 Lichnov 393 SRA O1MELC1 Mel 47 SRA O1OSOB1 Osoblaha 24 SRA O1RAMZ1 Ramzová 74 SRA O1SUDI1 Sudice 217 SRA O1TREM1 T emešná 35 SRA O1VIDL1 Vidly 781 SRA O1ZLHO1 Zlaté Hory 421 SRA * hodnoty byly vypo teny metodou Thiessenových polygon. Zdroj dat: HMÚ Analýza teplotních a sn hových pom r Vývoj v trendech odtoku byl dopln n i o analýzy zm n teplotních a sn hových pom r. Op t byla provedena homogenizace asových ad pr m rných m sí ních teplot vzduchu a dopln ny chyb jící údaje. Byly vybrány údaje ze 6 klimatologických stanic (tab.2) reprezentujících klimatické podmínky v r zn výškov položených oblastech v povodí. Trendy jednotlivých klimatických prvk byly vyjád eny formou 5-letých klouzavých pr m r. Výsledky analýz na všech zkoumaných klimatologických stanicích jasn ukazují vzestupný trend teploty vzduchu. Výjimku tvo í pouze klimatologická stanice Sv tlá Hora, kde je vzestupný trend teploty jen velmi malý. Na obr. 5 jsou patrná zhruba 8-1letá období periodického st ídání teplejších a chladn jších období, která se vyskytují bez závislosti na nadmo ské výšce. Z hlediska sezónního chodu roste teplota ve všech ro ních obdobích s výjimkou podzimu, kdy má zhruba konstantní trend. Nejvýrazn jší nár st byl zaznamenán v lednu, kv tnu, ervenci a srpnu, naopak na v tšin stanic byl zjišt n pokles teploty v zá í a v listopadu. 87

6 ZDEN K KLIMENT, MILADA MATOUŠKOVÁ, VÁCLAV KRÁLOVEC, OND EJ LEDVINKA 12 1 ervená Opava Prad d ervená 5l-KP Opava 5l-KP Prad d 5l-KP Lineární ( ervená 5l-KP) Lineární (Opava 5l-KP) Lineární (Prad d 5l-KP) teplota vzduchu [ C] rok Obrázek 5 Pr m rná ro ní teplota na vybraných klimatologických stanicích, (zdroj dat: HMÚ) dny rok ervená Opava Prad d ervená_5-leté KP Opava_5-leté KP Prad d_5-leté KP Lineární ( ervená_5-leté KP) Lineární (Opava_5-leté KP) Lineární (Prad d_5-leté KP) Obrázek 6 Po et dní se sn hovou pokrývkou, (zdroj dat: HMÚ) P i analýzách sn hových pom r byl na všech stanicích, krom Prad du, zjišt n sestupný trend výskytu dní se sn hovou pokrývkou (obr.6). P i bližším zkoumání zde dochází k periodickému st ídání období s kratším a delším trváním sn hové pokrývky. Úbytek dní se sn hovou pokrývkou je vázán na první polovinu 7.let, p elom 8. a 9.let a na konec 9.let. Tyto n kolikaleté úseky se shodují s výskytem vyšších pr m rných ro ních teplot vzduchu. Úloha klimatologické stanice Prad d je v mnoha ohledech specifická. Postupné oteplování klimatu se zde výrazn projevilo úbytkem sn hové pokrývky (zjišt no také na stanici ervená), ale nikoli snížením po tu dní se sn hovou pokrývkou, jako je tomu v níže položených oblastech. Je velká škoda, že byl provoz na stanici Prad d ukon en a není již možné sledovat další zm ny klimatu, hlavn od teplotn vysoce nadpr m rného období od druhé poloviny 9.let. 88

7 ZM NY ODTOKOVÉHO REŽIMU V PRAMENNÝCH OBLASTECH VODNÍCH TOK Další výzkum v povodí Opavy bude zam en na zjišt ní zm n v sezonalit odtoku a snahou bude v syntetickém pohledu postihnout celkový vliv klimatických zm n na odtokové pom ry v povodí. Vedle toho bude sledováno možné antropogenní ovlivn ní odtoku vlivem postupných zm n landuse, p ípadn výstavbou rozsáhlých hydromeliora ních opat ení a plošných odvod ovacích systém. Obrázek 7 Lokalizace srážkom rných stanic pro povodí Rolavy 2.3 Povodí Rolavy Povodí Rolavy se nachází v západní ásti Krušných hor. Páte ním tokem je 36 km dlouhá Rolava, která pramení v pohrani ních rašeliništích ve výšce 92 m n.m. Na st edním toku protéká hlubokým erozním údolím, p ibírá n kolik p ítok (významné: Rudný a Nejdecký potok). Na dolním toku protéká Sokolovskou pánví. Vlévá se do Oh e v Karlových Varech na 171,3. km ve výšce 369,6 m n. m.. Celkov je území ídce obydlené, p i emž antropogenní aktivity jsou koncentrovány zejména na dolním toku Rolavy. Povodí Rolavy je charakteristické rozkolísaným odtokovým režimem s výskytem povodní p edevším v jarních m sících. Na hlavním toku Rolavy se nacházejí dv limnigrafické stanice: Chaloupky na horním toku (27,9.km) a Stará Role na dolním toku (3,8. km). Lokalizaci srážkom rných stanic znázor uje obr. 7. Tabulka 1 Limnigrafické stanice v povodí Rolavy DB Stanice Vodní tok HP M í od P [km 2 ] [%] plochy. km Q a [m 3 /s] q (l.s -1.km -2 ) 291 Chaloupky Rolava , ,8,72 35, Stará Role Rolava , ,75 2,39 18,68 V povodí Rolavy byla pozornost v nována dopln ní datových ad m sí ních srážkových úhrn metodou lineární vícenásobné regrese (Ledvinka, 26). Poda ilo se tak získat ucelenou datovou základnu srážek pro období od r Výsledky byly otestovány prost ednictvím von Neummanova vztahu. Z dlouhodobého hlediska se všechny ady jevily jako homogenní na 5% hladin významnosti. Pro 89

8 ZDEN K KLIMENT, MILADA MATOUŠKOVÁ, VÁCLAV KRÁLOVEC, OND EJ LEDVINKA vyjád ení plošné srážky na povodí byla použita metoda Thiessenových polygon. Pr m rná ro ní výška srážek na povodí Rolavy je za hydrologické období rovna 917,7 mm. Pro analýzu odtokových pom r byly využity ady pr m rných denních pr tok ze stanic Chaloupky a Stará Role za hydrologické období (zdroj dat: HMÚ). Veškeré datové ady byly podrobeny statistickým test m, které m ly ov it jejich homogenitu Chaloupky Stará Role kum. Qd (%) Datum Obrázek 8 Jednoduché sou tové áry Qd pro profily Chaloupky a Stará Role, Von Neumannova metoda prokázala, že z dlouhodobého hlediska jsou všechny srážkové ady na 5% hladin významnosti homogenní. U pr tok se již inhomogenita projevila. Inhomogenní jsou ady jarních m síc b ezna nebo dubna p edevším ve stanici Chaloupky na horním toku Rolavy, p i emž lze p edpokládat, že na inhomogenit má zna ný podíl odtávání sn hové pokrývky. Jako antropogenn ovlivn ný je možno ozna it odtokový režim ve stanici Stará Role, ada minimálních Q d se zde chová heterogenn. Metoda sou tových ar byla použita p edevším pro identifikaci zlom, tj. zm n v trendu S- O režimu. Zkonstruovány byly jednoduché sou tové áry Q d (obr. 8). Datová ada stanice Chaloupky se jeví více inhomogenní. Období má mírn jší nár st odtoku n ž v období 1991 až Zásadn jší výsledky p inesly podvojné sou tové áry (obr. 9), které eliminovaly možný podíl srážkové innosti na inhomogenit pr tokových ad. Významné zm ny v trendu byly zaznamenány po r. 199, což se ješt výrazn ji projevilo v p ípad podvojných sou tových ar teplého a chladného p lroku. Ve stanici Chaloupky jsou patrné p edevším odchylky pr tok v letním období v 8. a 9. letech (viz obr. 1). 9

9 ZM NY ODTOKOVÉHO REŽIMU V PRAMENNÝCH OBLASTECH VODNÍCH TOK Chaloupky Stará Role Qr - sou. (%) Hr - s ou. (%) Obrázek 9 Podvojné sou tové áry Qr, Hr pro profily Chaloupky a Stará Role, Q - sou. (%) H - sou. (%) teplý p lrok chladný p lrok Obrázek 1 Podvojné sou tové áry teplého a chladného p lroku ve stanici Chaloupky, Diskuse a záv r V p ísp vku byly shrnuty dosavadní výsledky analýz srážko-odtokových vztah ve vybraných povodích v pramenných oblastech Šumavy, Jeseník a Krušných hor. Pomocí jednoduchých a podvojných sou tových ar byly identifikovány zm ny ve vývoji odtoku, které na jedné stran mají n které podobné trendy (možné pozorovat nap íklad u Otavy a Opavy), na druhé stran se odlišují (Krušné hory). Analyzovány byly dále klimatické pom ry, vedle povodí Otavy zejména v povodí Opavy. V oblasti Krušných hor podobná prozatím chybí, stejn tak chybí vyjád ení možného antropogenního ovlivn ní odtoku s ohledem na prob hlé zm ny landuse, upravenost vodních tok a plošné odvodn ní. 91

10 ZDEN K KLIMENT, MILADA MATOUŠKOVÁ, VÁCLAV KRÁLOVEC, OND EJ LEDVINKA 4 Literatura Kliment, Z., Matoušková, M. (25): Trendy ve vývoji odtoku v povodí Otavy. Geografie-Sborník GS, 11,.1, Praha, s Kliment, Z., Matoušková, M.(26a): Changes of runoff regime according to human impact on the landscape. Geografie-Sborník GS, 111,.3, Praha, s Kliment, Z., Matoušková, M. (26b): Monitoring odtokového režimu v experimentálních povodích v pramenné oblasti Blanice. In: Zm ny krajiny jako ovliv ující faktor pr b hu a projev extrémních povodní projekt VaV SM/2/57/5 (Langhammer edt.). P F UK, Praha, s Ledvinka, O. (26): Srážko-odtokové pom ry v povodí Rolavy. Ro níková práce, P F UK v Praze. Královec, V. (26): Srážko-odtokové pom ry v povodí Opavy. Ro níková práce, P F UK v Praze. 92