POSOUZENÍ RETENNÍ SCHOPNOSTI V ÁSTI POVODÍ TEBONÍNSKÉHO POTOKA ZA POUŽITÍ MODELU LOREP

Transkript

1 POSOUZENÍ RETENNÍ SCHOPNOSTI V ÁSTI POVODÍ TEBONÍNSKÉHO POTOKA ZA POUŽITÍ MODELU LOREP Petr RAUKNER obor Revitalizace krajiny Universita J. E. Purkyn v Ústí nad Labem Králova Výšina 3132/ Ústí nad Labem Petr.Raukner@seznam.cz Abstrakt Náplní této diplomové práce je posouzení retenní schopnosti v zájmovém území ásti povodí Tebonínského potoka zpracováním vstupních dat prostednictvím modelu LOREP. Použitými podklady byly letecké snímky, mapové vrstvy ZABAGEDu, lesnická data a pvodní vrstva landuse. Zpracování podklad bylo provedeno v programu ArcGIS 9.1, kde byly vytvoeny vstupy pro model LOREP a kde byly implementovány navržená opatení pro zvýšení retenní schopnosti. Jedním z výsledk diplomové práce byla vizualizace výstup z modelu LOREP vytvoená v prostedí ArcMap/ArcInfo. Klíová slova: retenní schopnost krajiny, model LOREP, vizualizace výstup Abstract Aim of my diploma thesis is to explore water retention capacity in the special interest territory of watershed Tebonínský potok by working up input data with the LOREP model help. Aerial photographs, ZABAGED layers, forestry data and a primary (original) landuse layer were used. By using ArcGIS 9.1 the inputs for LOREP model were created and proposed increasing water retention capacity measures were implemented. One of the diploma thesis results was outputs visualization from LOREP model created in ArcMap/ArcInfo software. Key Words: water retention capacity, LOREP model, outputs visualization Úvod Jedním z následk zmny klimatu, resp. oteplování atmosféry, je výrazné rozkolísání rozložení srážek na Zemi a v ase. Dochází astji k pívalovým srážkám nejen lokálního charakteru, jež mohou mít za následek vysoké stavy na vodních tocích, v horších pípadech i povodn. Zvyšuje se tedy odtok vody z krajiny, na kterém se též podílí nárst ploch s nízkou retenní schopností. Tyto plochy se objevují ve stále rostoucí míe jako dsledek snížené diverzity a narušení krajinné struktury v rámci povodí. Píkladem vydatných regionálních deš, spolu s lokálními

2 pívalovými dešti, byly v eské republice povodn v povodí Vltavy v první polovin srpna Pi nich byly dosaženy nejvyšší kulminaní prtoky v celé historii pozorování. Extrémní hydrologické dsledky ješt umocnil asový sled tchto srážek ve dvou vlnách, v rozptí jen nkolika málo dn na prakticky stejném území. Vzhledem k tmto, pro lovka negativním vlivm, zaalo lidstvo vymýšlet rzná protipovodová opatení, nap. odvodovací systémy (kanály), hráze a jiná, která se postupem asu stále zdokonalovala. V souasnosti se již vytváejí hydrologické modely, které by do jisté míry mohly sloužit jako prevence proti zmiovaným extrémním jevm. Pomrn velká pozornost se této problematice vnuje ve Spojených státech amerických, kde se vytváejí rzné hydrologické modely, ale i software specializovaný na pohyb vody v krajin (Hydrology Modeling, Watershed Analyst, ArcGIS HydroTools atd.). V Evrop bylo rovnž vytvoeno nkolik hydrologických model, nap. nov vytvoený model ve Velké Británii s oznaením MODFLOW Pro, pomocí kterého je možné vypoítat hodnoty povrchového a podzemního odtoku, 3D vizualizace prbhu povodové vlny a další. V Nizozemí bylo vytvoeno nkolik verzí modelu WBCM, kterým se v eské republice zabývá Prof. Ková. V eské republice bylo vytvoeno také nkolik model, které se zamují na povrchový odtok a erozní procesy (viz kapitola 3.2 Matematické hydrologické modely). Pro tuto práci byl zvolen model LOREP verze 1.5 (Pechanec a Cudlín 2005), vzhledem k okolnostem, že je možné pomocí tohoto modelu zahrnovat liniové prvky, nap. liniovou zele. To je umožnno vysokým rozlišením rastrových dat, respektive velikostí pixelu (tverec o hran 5 m). Dalším faktorem pi rozhodování byla rozloha povodí (cca 10 km 2 ), kde lze uvažovat rovnomrnou srážku, se kterou práv model LOREP poítá. Tento model je neustále vyvíjen a je nutné ho ovovat a vylepšovat. I proto dostal tento model pednost ped ostatními modely. Jeho vývoj byl zahájen v roce 2000, v rámci grantových projekt GA R 103/99/1470 "Extrémní hydrologické jevy v povodí", VaV 650/2/00 "Systém opatení v hydrologických povodích ke snížení škodlivých úink následk povodní" a projektu Vlády R Vyhodnocení katastrofální povodn v srpnu Použité datové zdroje a software ArcR 500, verze 1.3 ZABAGED Mapové služby Portálu veejné správy MŽP Mapy pdních blok Lesnické mapy a lesní hospodáské knihy ÚHUL- poboka. Budjovice ArcGIS 9.1 / ArfcInfo o 3D Analyst o Image Analyst o Spatial Analyst o Hydrology Modeling ACDSee 8 Photo Manager

3 Metody zpracování dat Veškerá innost byla smována k vytvoení vstupních vrstev pro hydrologický model LOREP. Tento model pracuje s podrobným rastrem o velikosti tvercového pixelu s hranou 5 metr. Jedná se o následující vrstvy: 1. rastr DEMu (digitální elevaní model) 2. rastr CN-hodnot odtokových kivek 3. rastr Manningova drsnostního souinitele. Dalším krokem bylo zpracování prvních výstup z modelu LOREP a lokalizace ploch s velmi nízkou, nízkou a stední retenní schopností, kde mla být aplikována opatení pro její zvýšení. Vhodnou kombinací tchto opatení se zabýval Jan Potek ve své diplomové práci. Posledním krokem byla aplikace vhodné kombinace opatení a vizualizace hydrologických zmn i zmn ve využití území v povodí Tebonínského potoka. Aktualizace využití území Vrstva využití území byla vytváena na základ ZABAGED a pomocí ortosnímk zájmového povodí. Jednalo se vtšinou o editaní innost (zmna polygon, podrobnjší kategorizace) již díve zpracovaného využití území. K jednotlivým kategoriím využití území byly rovnž piazeny adekvátní hodnoty Manningova drsnodtního souinitele.

4 Zpracování CN-hodnot odtokových kivek Byla zvolena metodika pro urovaní CN-hodnot odtokových kivek (Janeek 2002). Její pomocí bylo možné piadit jednotlivým polygonm píslušné hodnoty a to dvma zpsoby: 1. pro nelesní plochy- pomocí kombinace dat z BPEJ (piazení hydrologické skupiny pd, dále jen HSP) a kategorie využití území (tabulka CN-hodnot odtokových kivek) 2. pro lesní porosty- pomocí lesních typ piazeny HSP, na základ porostních skupin ureny hloubky humusu, dle kterých byly odvozeny tídy lesních hydrologických podmínek; následnou kombinací HSP a tíd lesních hydrologických podmínek byly z nomogramu odeteny jednotlivé hodnoty CN. Vytvoení DEMu (digitálního elevaního modelu) Základní vrstvou byla vektorová vrstva vrstevnic (interval 1m) exportovaná ze ZABEGEDu. Pro vytvoení DEMu bylo použito extenze 3D Analyst Create TIN from Features. Všechny vrstvy (vetn vrstev popisovaných v pedchozích bodech) bylo nutné pevést do modelu pijatelné podoby, tedy do rastru 5x5 m a to pomocí píkaz Feature to Raster nebo TIN to Raster (extenze Image a Saptial Analyst).

5 Kombinace navržených opatení Z prvních výstup modelu LOREP byly lokalizovány plochy s nedostatenou retenní schopností, viz výše, na kterých se provádla jednotlivá opatení, jejichž úinnost byla pedmtem báze EMDS (DP J. Potka 2006). Byla vytvoena vrstva nejvhodnjší kombinace opatení, ke které bylo nutné piadit adekvátní hodnoty Manningova drsnostního souinitele a hlavn nových CN-hodnot odtokových kivek. Tyto vrstvy, spolen s pvodním DEM, posloužily pro závrené zpracování modelem LOREP. Vizualizace výstup Výstupy z modelu LOREP byly opt rastrové a z hlediska tematického obsahu se jednalo o následující vrstvy: rastr potenciální retence rastr aktuální retence rastr povrchového odtoku a jejich porovnání ped a po aplikaci (kombinovaných) opatení.

6

7 Závr Vzhledem k okolnostem posledních let, kdy se stále astji vyskytují extrémní hydrologické situace, se stále více vyvíjejí nové a nové hydrologické modely nebo jsou starší modely vylepšovány na základ nových poznatk. Stejn tak tomu je i s modelem LOREP, na který byla tato práce zamena. Mžeme íci, že pro ovení a pípadné vylepšení modelu LOREP bylo povodí Tebonínského potoka velice výhodné, a už to bylo plochou povodí nebo zastoupením (rozmanitostí) jednotlivých kategorií využití území. Lze také konstatovat, že model je schopen zohlednit aplikovaná opatení jak technického (prleh, cesta s píkopem), tak netechnického (zalesování, zatravování atd.) charakteru. Z výstup je patrné, jakým zpsobem se hodnoty retencí a odtok zmnily. Po provedených opateních se zvyšují retenní schopnosti a naopak snižuje povrchový odtok v souvislosti s umístním revitalizované plochy v povodí. Vhodností jednotlivých opatení se zabývala diplomová práce Jana Potka, ale z výsledk lze odvozovat (bez ohledu na cenu a náronost opatení), že nejvýraznjších zlepšení bylo dosahováno na špatn obhospodaovaných polích zatravováním i zalesováním ploch. Zárove bylo zjištno, že nechávat louky (se špatnými hydro-pedologickými vlastnostmi) bez jakýchkoli zásah pomrn znehodnocuje jejich retenní potenciál, který je možno využít pratotechnickými opateními. Tmi je myšleno nap. kosení luk, které mže zejména na svažitých územích (nad 12 stup) zamezit vzniku tzv. doškovitého efektu, který vzniká slehnutím vegetaního porostu. Tím je urychlován povrchový odtok a snižována

8 retence. Krom kosení luk se jedná o dosévání, jehož pomocí se zvyšuje druhová variabilita luního porostu. Dalo by se tedy íci, že model LOREP je schopen obstát v konkurenci s jinými (uznávanými) modely, jako je nap. model WBCM 4. To ovšem neznamená, že se práce na modelu LOREP zastaví, nýbrž budou pokraovat a model bude stále vylepšován. Literatura Knihy a asopisy [1] CUDLÍN, P.; KOVÁ, P.; MACK, J.; KVÍTEK, T.; MALENOVSKÝ, Z.; PECHANEC, V.; PSOTOVÁ, H. Metodiky navrhování preventivních protipovodových opatení netechnického typu v hydrologických povodích. Závr. zpr. projektu MŽP VaV/650/2/00 Systém opatení v hydrologických povodích ke snížení škodlivých úink následk povodní. Praha, FSv VUT, [2] CULEK, M. a kol. Biogeografické lenní eské republiky. Praha, Enigma, [3] HOLÝ, M.; VÁŠKA, J.; RÁNA, K. Simulaní model povrchového odtoku a erozního procesu. Vodní hospodáství A,. 10, [4] HRADEC, J. MAPMAKER- Mapový server resortu životního prostedí. ArcREVUE 2005/1, str [5] HRÁDEK, F.; KUÍK, P. Model DesQ - MAXQ, verze 5.0. Praha, Píruka pro uživatele, [6] JANEEK, M. a kol. Ochrana zemdlské pdy ped erozí. Praha, Metodika UVTIZ, [7] KOVÁ, P. Využití hydrologických model pro urování maximálních prtok na malých povodích. Praha, LF ZU, [Doktorská disertace]. [8] KOVÁ, P.; CUDLÍN, P.; HEMAN, M.; ZEMEK, F.; KORYTÁ, M. Analysis of flood events on small river catchments using the KINFIL Model. J. Hydrol. Hydromech., 50, , [9] NEUHAUSLOVÁ, Z. a kol. Mapa potenciální pirozené vegetace R. Praha, Academia, [10] NYPL, V.; KURÁŽ, V. Hydrologie a pedologie. Praha, VŠCHT, [11] Projekt MŽP VaV/650/2/00 Systém opatení v hydrologických povodích ke snížení škodlivých úink následk povodní. [12] QUITT, E. Klimatické oblasti eskoslovenska. Brno GÚ SAV, Academia, Studia Geographica 16, [13] SKLENIKA, P. Základy krajinného plánování. Brno, Nakladatelství Nadžda Skleniková, [14] SLAVÍK, L.; NERUDA, M. Vodní režimy v krajin. Ústí nad Labem, FŽP UJEP, [15] STARÝ, M.; TUREEK, B. Simulace povodových prtok v povodí Ostravice. Vodní hospodáství, 46,. 6, [16] ŠILAR, J. Hydrologie v ŽP. Ústí nad Labem, FŽP UJEP, [17] ŠTULC, M.; PÍHODA, P.; SRBOVÁ, H. Pírodní obraz Zem. Praha, Fortuna, [18] VÁŠKA, J. a kol. Hydromeliorace. Praha, TK 16 KAIT, 2000.

9 Manuály [I] Anon.: ArcGIS 9: Editing in ArcMap. ESRI USA [II] Anon.: ArcGIS 9: Using 3D Analyst. ESRI USA [III] Anon.: ArcGIS 9: Using ArcCatalog. ESRI USA [IV] Anon.: ArcGIS 9: Using ArcMap. ESRI USA [V] Anon.: ArcGIS 9: Using Image Analyst. ESRI USA [VI] Anon.: ArcGIS 9: Using Spatial Analyst. ESRI USA 2004.