Hydromorfologický monitoring zrevitalizovaného koryta Sviňovického potoka

Transkript

1 Hydromorfologický monitoring zrevitalizovaného koryta Sviňovického potoka zdeněk kliment, milada matoušková, miroslav šobr, markéta potůčková, jana hujslová abstrakt Příspěvek je zaměřen na sledování a zhodnocení hydromorfologického vývoje koryta Sviňovického potoka v pramenné oblasti Blanice po provedené revitalizaci na jaře 2005 do současnosti. Za základní metodu můžeme považovat opakované zaměření příčných a podélných profilů koryta v návaznosti na proběhlé srážko-odtokové události. K prozatím největší modelaci rozvolněného koryta došlo při povodni v červenci 2006, která vyvolala na malém toku hloubkové změny v rozmezí více než 30 cm a šířkové změny až 1 m a vytvořila nové podmínky pro další vývoj koryta. Vedle geodetických metod byly v území aplikovány fotogrammetrické metody s vy užitím nasnímkování území z nízkoletících modelů; ty jsou v současnosti v různém stupni zpracování. Samostatná pozornost byla věnována změnám trasy sledovaného koryta v historické době v období na základě analýzy mapových podkladů a leteckých snímků. klíčová slova: hydromorfologický monitoring, revitalizace, geomorfologický vývoj koryta, Sviňovický potok, Blanice Z. Kliment, M. Matoušková, M. Šobr, M. Potůčková, J. Hujslová: Hydromorphological monitoring of the restored channel of the Sviňovický brook This contribution concentrates on monitoring and the evaluation of the hydromorphological development of the restored channel of the Sviňovický brook in the spring area of the Blanice River after revitalization carried out in spring 2005 up to the present. Repeated measurement of the cross-section and longitudinal profiles of the channel in connection with the rainfall and run-off events which have occurred can be considered as the basic method. So far the largest changes to the re-naturalized channel occurred during the floods in July The flood caused changes in depth reaching more than 30 cm and in width reaching up to 1 meter, thus creating new conditions for further development of the channel. Besides geodesic methods, photogrammetric methods have been applied in the area, which made use of aerial images of the area taken by low-flying model planes. The images are currently in various stages of processing. Changes in the course of the monitored channel in the historical period between 1843 and 2005 were studied separately based on an analysis of the maps and aerial images. key words: hydromorphological monitoring, revitalization, geomorphological channel development, ecohydrological monitoring, Sviňovický brook, Blanice River

2 198 zdeněk kliment, milada matoušková, miroslav šobr a další 1 úvod K hlavním cílům revitalizačních projektů patří náprava negativních důsledků nevhodně provedených pozemkových úprav, nevhodných způsobů obhospodařování půdy a velkoplošného odvodnění, dále zvyšování retenční schopnosti krajiny zpomalováním povrchového a podzemního odtoku vody, obnova přirozené funkce vodních ekosystémů a zvyšování samočisticích schopností vody. Revitalizace je třeba chápat jako snahu o vytvoření nebo lépe podnícení přirozeného vývoje daného vodního toku, což je vztaženo k hydromorfologii a morfometrii koryta, hydrologii a srážko-odtokovému procesu, jakostním charakteristikám a splaveninovému režimu, přirozené skladbě vodní flóry a fauny a příbřežní zóny. Jedná se o dlouhodobý proces, není možné očekávat, že se hydromorfologický stav koryta toku výrazně změní za rok či dva. Kern (1994) uvádí, že napřímený a uměle opevněný vodní tok potřebuje k dosažení dynamické rovnováhy při samovolném zpětném vývoji po svém osvobození přibližně 50 let. Tato doba Obr. 1 Lokalizace zájmového území

3 hydromorfologický monitoring koryta sviňovického potoka 199 se však může v případě jednotlivých toků značně odlišovat, přičemž rozhodující vliv má variabilita srážko-odtokového procesu, podstatný je především výskyt povodňových průtoků. Na počátku revitalizačních projektů v praxi dominovaly tendence k umělému antropogennímu formování přírodě blízkých fluviálně-morfologických struktur s využitím stabilizačního efektu přírodních materiálů. Postupně se však zvyšovaly nároky na ekohydrologické funkce vodních toků. Vysoké finanční prostředky vynakládané na revitalizační projekty s uměle vytvářenými přírodě blízkými strukturami dosahují zpravidla jen průměrných výsledků, a proto postupně převažují tendence na poskytnutí možnosti samovolného přirozeného hydromorfologického vývoje koryt vodních toků (Matoušková, 2003). Roste tak význam studií zabývajících se hydromorfologickým vývojem zrevitalizovaných koryt vodních toků, kterým byla poskytnuta možnost samovolného přirozeného vývoje. Možnosti plně samovolných revitalizací však nejsou neomezené. Nejčastěji je limitují dva faktory, tuhé opevnění koryta nebo nadměrné zahloubení koryta (Just a kol., 2005). Cílem předložené studie bylo sledovat stabilitu a vývoj revitalizovaného koryta Sviňovického potoka v pramenné oblasti Blanice na rozhraní Šumavy a Šumavského podhůří s ohledem na výskyt mimořádných srážko-odtokových událostí (obr. 1). Fluviálně-geomorfologický a hydrologický výzkum byl zahájen bezprostředně po provedené revitalizaci a pokračuje do současné doby. Vybrané morfometrické charakteristiky byly porovnány se stavem před provedenou revitalizací. 2 charakteristika zájmového území Sviňovický potok pramení nedaleko osady Sviňovice SSZ od obce Zbytiny. Je pravým přítokem Zbytinského potoka, který se západně od Zbytin vlévá z pravé strany do řeky Blanice. Délka potoka činí 1,8 km, plocha povodí protáhlého tvaru je 1,6 km 2. Reliéf povodí se svažuje od rozvodnice probíhající přes Schánělův kopec, nejvyšší Sviňovický vrch (934,7 m) a Suchého kopec (818 m) do údolí toku a k jeho ústí do Zbytinského potoka (ve výšce zhruba 775 m n. m.). Podloží povodí je tvořeno silně metamorfovanými a migmatizovanými moldanubickými horninami prekambrického až paleozoického stáří překrytými pleistocénními a holocénními deluviálními a fluviálními sedimenty a rašelinou. Nejrozšířenějšími půdními typy v povodí Sviňovického potoka jsou kryptopodzoly modální, podzoly modální a kambizemě dystrické charakteristické pro chladný klimatický region. Linie Sviňovického potoka je lemována pásem půdních typů se znaky oglejení (kambizemě oglejené, pseudogleje, gleje obr. 2a, 2b).

4 200 zdeněk kliment, milada matoušková, miroslav šobr a další Obr. 2a Půdní typy v povodí Sviňovického p.; 2b Erozní břeh u profilu 8 s výrazným oglejeným horizontem. Foto Z. Kliment Hydrologické podmínky v povodí Sviňovického potoka byly výrazně změněny lidskou činností v letech minulého století. Z okolních pozemků zmizely meze, které bránily urychlenému splachování půdy z polí, pozemky kolem potoka byly odvodněny. Koryto bylo napřímeno a vybetonováno, v dolní části v úseku se výrazně změnila trasa koryta. V současné době jsou dříve obdělávané plochy zatravněné a využívány jako louky a pastviny. Zároveň je zde realizována revitalizace potoka. Povodí Sviňovického potoka je důležité z hlediska ochrany přírody, neboť se zde nachází přírodní památka Pod Sviňovicemi a nejjižnější část území spadá do Chráněné krajinné oblasti Šumava (hranice probíhá souběžně s hlavní komunikací II/165 Zbytiny Volary). 2.1 Revitalizace Sviňovického potoka Revitalizace Sviňovického potoka spolu s přilehlou částí Zbytinského potoka byla zahájena na jaře Cíly prováděné revitalizace bylo zejména obnovení základních parametrů potočního biotopu (zvětšení hloubky stálé hladiny vody, snížení rychlosti vody v korytě, vytvoření proudových stínů pro akumulaci splavenin), zvýšení samočisticí schopnosti vody a zpomalení odtoku vody z krajiny. Po revitalizaci mělo vzniknout koryto s více zákrutami, a tudíž prodloužené z původních 1,1 km na 1,145 km. Prvním krokem úprav bylo odstranění opevnění koryta (obr. 3 a 4). V horním a dolním úseku (0,00 0,318 a 0,650 1,145 km) byla

5 hydromorfologický monitoring koryta sviňovického potoka 201 ponechána trasa původního koryta, v rámci něhož bylo na km 0,100 0,180 vyprojektováno oboustranné zpozvolnění svahů do sklonu 1 : 5. V km 0,318 0,650 bylo navrženo nové koryto lichoběžníkového tvaru o šíři dna 30 cm a jednostranným sklonem svahů 1 : 5 (střídavě). Betonové prefabrikáty byly nahrazeny zpevněním v patkách svahů pomocí kamene ze snosů o velikosti cm. Staré koryto bylo rozvolněno. V horní části zůstal drenážní systém zachován prakticky v nezměněné podobě. V dolním úseku koryta na pravém břehu došlo k částečnému odstranění plošné drenáže a drény před zaústěním koryta vyvedeny na povrch, což vyvolalo potřebu zahloubení koryta oproti původnímu stavu. Nově vytvořených 20 kamenných prahů v korytě, nepřevyšujících 0,3 m, mělo přispět ke zvýšení stability dna a svahů Obr. 3 Sviňovický potok. Před revitalizací bylo koryto ve dně a březích zpevněno betonovými prefabrikáty stav podzim Foto M. Matoušková a zlepšení života v toku. Pro stabilizaci koryta byla kolem toku vysázena doprovodná vegetace. Zvolenou druhovou skladbu porostu tvořily dřeviny domácího původu olše lepkavá, olše šedá, jasan ztepilý, vrba nachová, bříza bělokorá a vrba Obr. 4 Revitalizované koryto Sviňovického potoka; snímek vlevo odstraněné betonového opevnění, vpravo rozvolnění koryta zaslepení podpovrchové drenáže stav jaro Foto ZVHS Prachatice

6 202 zdeněk kliment, milada matoušková, miroslav šobr a další popelavá. Součástí revitalizace i plánované vytvoření dvou mokřadních ploch pod obcí Zbytiny. 3 aplikované metody a zdroje dat Obr. 5 Lokalizace příčných profilů geodetických měření revitalizovaného koryta Sviňovického potoka. Zaměření profilu N1 na jaře Foto Z. Kliment Při výzkumu byly uplatněny terénní i kamerální metody, včetně metod DPZ. Za základní můžeme považovat opakované geodetické zaměření 12 příčných profilů totální geodetickou stanicí Leica v půlročních intervalech jaro, podzim (profily 1 10 od jara 2005, profily N1 a N7 od jara 2006) a podélného profilu (od podzimu 2005) spolu s fotografickou dokumentací stavu koryta (obr. 5). Na jaře 2006 proběhlo nasnímkování lokality s vysokým rozlišením snímků z nízkoletícího modelu letadla a na jaře 2007 z nízkoletícího modelu helikoptéry. V současné době se provádí geocentrování snímků pro potřeby fluviálně-morfologické interpretace a pro vybrané úseky je ověřována možnost využití 3D modelu. Od jara 2006 je prováděn kontinuální monitoring vodních stavů a občasným hydrometrováním pro konstrukci konsumpční křivky (obr. 6). K vyhodnocení srážkoodtokých poměrů je využito údajů z automatického srážkoměru umístěného v experimentálním povodí v nedalekých Zbytinách. Údaje jsou konfrontovány se srážkoměrnou stanicí ČHMÚ ve Spálenci. Podstatnou částí je zjišťování stavu a průběhu trasy sledovaného koryta v různých historických časových obdobích na základě historických mapových podkladů, plánů a leteckých snímků (ČUZK, ZVHS). 4 výsledky 4.1 Historické změny trasy Sviňovického potoka Pro zjištění změn trasy koryta Sviňovického potoka bylo využito různých mapových podkladů z období posledních více než sto padesáti let (Císařské povinné

7 hydromorfologický monitoring koryta sviňovického potoka 203 Obr. 6a Hladinoměr se záznamovou jednotkou M4016. Foto Z. Kliment. 6b letecké snímkování revitalizovaného koryta toku Sviňovického potoka. Foto M. Matoušková otisky stabilního katastru Čech z období v měřítku 1 : 2 880, mapa území obce Zbytiny z roku 1888 vedená spolu s císařskými otisky map stabilního katastru v mapovém archivu ČÚZK v Praze, mapa pozemkového katastru platná do roku 1950, mapa katastru nemovitostí z roku 1982, ortofoto horní Blanice z r zdroj ČÚZK). Po úpravě podkladů byly vektorizovány linie Sviňovického potoka a části Zbytinského potoka v pěti srovnávaných letech 1843, 1888, 1950, 1982, 2005 (viz obr. 7). V roce 1843 mělo koryto Sviňovického potoka přirozený charakter s mírnými zákrutami. Probíhalo jihozápadním směrem Obr. 7 Historické změny trasy Sviňovického potoka a úseku Zbytinského potoka v období

8 204 zdeněk kliment, milada matoušková, miroslav šobr a další a zhruba 180 m severně od silnice se stáčelo k jihu. Z jižního na jihojihovýchodní směr se koryto stáčelo přibližně 100 m pod silnicí. Do Zbytinského potoka ústil Sviňovický potok na okraji obce Zbytiny. Linie koryta Sviňovického potoka v roce 1888 a 1950 vykazuje jen nepatrné rozdíly. V horní části toku nad silnicí je jejich průběh prakticky totožný, ve spodní části docházelo k mírným posunům zákrutů. Sviňovický potok byl velmi výrazně ovlivněn lidskou činností v době socialistické kolektivizace zemědělství v letech 20. století v době prováděných melioračních úprav. Sviňovický potok byl napřímen a koryto na úseku dlouhém 1,132 km od ústí do Zbytinského potoka bylo opevněno betonovými prefabrikáty do tvaru jednotného lichoběžníkového příčného profilu se sklonem svahů 1 : 1,5. Na jaře 2005 byla na toku i přilehlém úseku Zbytinského potoka pod obcí Zbytiny provedena revitalizace. Bylo odstraněno betonové opevnění koryta od ústí Sviňovického potoka po horní propustek u lesa u přejezdu TK 60/125 a koryto bylo rozvolněno. V horní části byla ponechána původní trasa koryta s lichoběžníkovým profilem o šířce dna 30 cm a sklonem svahů 1 : 5, v dolní části pod silnicí byly zrealizovány navržené zákruty s jednostranným úklonem břehových svahů. Ke zvýšení stability dna a oživení bylo realizováno cca 20 kamenných prahů a břehy koryta osázeny dřevinami. 4.2 Geodetické zaměřování revitalizovaného koryta V současné době jsou k dispozici výsledky ze šesti opakovaných zaměření příčných profilů ( , , , , , ) a z pěti zaměření podélných profilů (kromě jara 2005). Rozvolněné koryto vykazovalo od provedené revitalizace poměrně velkou dynamiku, která se projevila intenzivní hloubkovou i boční erozí na jedné straně a rozsáhlými fluviálními akumulacemi na dně koryta toku na straně druhé. Na téměř všech sledovaných profilech (1 10) v průběhu prvního půlroku převažovalo mírné až střední zahlubování koryta v rozsahu zahloubení 5 až 20 cm. Od podzimu 2005 do jara 2006 profily zůstaly až na výjimky v podstatě na podobné hloubkové úrovni, došlo k rozšíření profilů u dna o cca do 20 cm. Boční eroze spolu s akumulacemi přemísťovaného materiálu vedla k samovolnému vývoji drobných zákrutů, kde dochází k největším šířkovým, ale i hloubkovým změnám. V období od jara 2006 do podzimu 2006 došlo ve sledovaném úseku k dramatickým změnám v souvislosti s několika významnými srážko-odtokovými událostmi, zejména pak ze , kdy teklo pod silničním mostem u automatického hladinoměru 66 cm vodního sloupce. Koryto toku se výrazně změnilo, došlo k téměř katastrofální hloubkové a boční erozi (na sledovaných příčných profilech zahloubení až o více než 30 cm, boční eroze v některých výsečných březích až 1 m). Některé dříve prohloubené

9 hydromorfologický monitoring koryta sviňovického potoka 205 Obr. 8 Změny v podélném profilu revitalizovaného koryta v období profily byly naopak zaneseny vrstvou sedimentu o mocnosti cm a dostaly se na původní úroveň z jara Změny jsou patrné i v podélném profilu toku, změny úrovně povrchu dna dosahují až přes 40 cm (obr. 8). Vedle prohloubení některých zákrutů došlo v akumulačních částech profilu k zanesení a zániku drobných zákrutů a tím vlastně k opětovnému nepřímení průběhu toku. V dynamice podélného profilu toku se začíná uplatňovat překážka v podobě silničního mostu. Poslední dvě zaměření v r neprokázaly významné změny koryta, a to i vzhledem k tomu, že během období nedošlo k významným srážko-odtokovým událostem. Koryto zůstává až na určité výjimky (rozšiřování podemletých úseků, ústup okrajové hrany koryta zejména ve výsečných březích, určité projevy dnové akumulace a eroze na začátku a konci transportních úseků) na stavu z podzimu 2006 (obr. 9). 4.3 Zpracování snímků z leteckých modelů Pořízení snímků z modelu letadla bylo použito jako alternativní metoda ke geodetickému zaměření podélných a příčných profilů koryta. Cílem bylo získat data, která systematicky monitorují vývoj břehů, akumulačních a erozních oblastí v celé sledované délce Sviňovického potoka, a to jak v poloze, tak ve výšce. Snímky byly pořízeny počátkem května 2006 a v polovině dubna 2007, tedy v úplném počátku vegetačního období. V prvním roce snímkování byl jako nosič použit rádiově řízený model letadla. Snímkování bylo provedeno ve dvou výškách letu, a to přibližně 110 m a 70 m. Jelikož se vyskytly problémy s udržením modelu nad osou koryta toku, bylo v následujícím roce výrobcem a vlastníkem letadla navrženo využít model helikoptéry. Pro postižení větších detailů byla zároveň snížena výška

10 206 zdeněk kliment, milada matoušková, miroslav šobr a další Obr. 9 Ukázky příčných profilů a odpovídající obrázky z jara Foto Z. Kliment letu na 30 m. Pro zmapování úseku přibližně 800 m koryta Sviňovického potoka bylo v každém roce nasnímáno asi 600 snímků (obr. 10). Snímky jsou prozatím ve stádiu technického zpracování a nejsou využitelné pro interpretaci geomorfologického vývoje koryta. Zároveň je testována možnost 3D hodnocení (obr. 11). 5 diskuze a závěry Předložená studie shrnuje dosavadní poznatky z více než dvouletého výzkumu fluviálně-geomorfologického a hydrologického monitoringu koryta Sviňovického

11 hydromorfologický monitoring koryta sviňovického potoka 207 Obr. 10 Ukázky snímků z modelu letadla z vyšší hladiny snímkování ( ) potoka. Je založena zejména na metodě opakovaných geodetických zaměřování příčných a podélných profilů v pravidelných půlročních intervalech ve vztahu k proběhlým významným srážko-odtokovým epizodám. Výsledkům velmi přispěje v současné době probíhající fotogrammetrické zpracování a interpretace snímků pořízených z nízkoletících leteckých modelů. Rozvolněné koryto vykazovalo od provedené revitalizace poměrně velkou dynamiku spočívající v mírném až středním zahlubovaní koryta provázeném podemíláním svahů a rozšiřováním koryta v místě zákrutů. Vývoj revitalizovaného koryta byl výrazně ovlivněn výraznou srážko-odtokovou událostí ze , kdy došlo na sledovaném úseku k výše popsaným dramatickým změnám. Intenzivními erozně-akumulačními procesy bylo koryto přemodelováno, došlo k vyrovnání (stabilizaci) podélného profilu toku. V následném období pokračovalo mírné rozšiřování koryta, zejména v zákrutech v následku podemletí paty břehů. I přes relativně stabilizovaný stav koryta a různý stupeň zpevnění břehů a dna vegetací se rozhodl vlastník toku, správa ZVHS Prachatice, zasáhnout do přirozeného vývoje koryta a do konce kalendářního roku 2007 provést závoz lomového kamene k největším nátržím. Analýzou historických mapových a fotografických podkladů byly zjištěny poměrně

12 208 zdeněk kliment, milada matoušková, miroslav šobr a další Obr. 11a Automaticky odvozený digitální model terénu ze stereodvojice snímků přibližného měřítka 1 : V dalším zpracování musí být model editován a vyhlazen, 11b ortofoto odvozené s využitím digitálního modelu. Prvky vnější orientace byly určeny aerotriangulací bloku osmi snímků (úsek pod silničním mostem). razantní, v dnešní době již nenávratné změny trasy sledovaného koryta spojené s melioračními úpravami v letech minulého století. Vlivem napřímení toku došlo k posunu jeho zaústění do Zbytinského potoka směrem po proudu, což mohlo přispět spolu s provedenými úpravami ke zrychlení odtoku z území. Navazující výzkum povede k zachycení nových skutečností ohledně inzerovaných úprav koryta a k hodnocení vlivu úprav pro další vývoj koryta. literatura JEDLIČKA, J., POTŮČKOVÁ, M. (2006): Correction of radial distortion in digital images. Proceedings Technical Computing Prague 2007, 5 s. JUST, T., MATOUŠEK, V., DUŠEK, M., FISCHER, D., KARLÍK, P. (2005): Vodohospodářské revitalizace a jejich uplatnění v ochraně před povodněmi. 3. ZO ČSOP Hořovicko, AOPK ČR, MŽP ČR, Praha, 359 s. KERN, K. (1994): Grundlagen naturnaher Gewässergestaltung. Geomorfphologische Entwicklung von Fließgewässern. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 256 s. KRAUS, K. (2001): Photogrammetry, Vol. 1, Dümler, Bonn, 397 s. MATOUŠKOVÁ, M. (2003): Ekohydrologický monitoring vodních toků jako podklad pro revitalizaci vodních ekosystémů. Disertační práce. Katedra fyzické geografie a geoekologie, PřF UK v Praze, 218 s.

13 hydromorfologický monitoring koryta sviňovického potoka 209 POTŮČKOVÁ, M., KLIMENT, Z. (2007): Application of Non-Metric Images for Monitoring of the Svinovicky Brook Channel. International Conference Evolution of geographic global systéme and risk processes in global context. Praha, Czech Republic, , poster. HUJSLOVÁ, J., KLIMENT, Z., MATOUŠKOVÁ, M., POTŮČKOVÁ, M., ŠOBR, M (2007): Sledování dynamiky revitalizovaného koryta Sviňovického potoka. In: Změny v krajině a povodňové riziko (Langhammer, ed), UK Praha, s HUJSLOVÁ, J. (2007): Dynamika revitalizovaného koryta Sviňovického potoka. ŠÍMA, J. (2007): Na počátku éry digitálního fotogrammetrického snímkování České republiky, Proceedings Geos 2007, 10 s.