Mapování upravenosti říční sítě a následků povodní

Transkript

1 Mapování upravenosti říční sítě a následků povodní jakub langhammer, marek křížek Úpravy toků na různé úrovni od zásahů do geometrie trasy toku přes přítomnost umělých stupňů v jeho podélném profilu až po úpravy vlastního koryta či úpravy příbřežní zóny, představují významný faktor, ovlivňující odtokový proces při povodních i rozsah a strukturu projevů povodně (Maidment, 1993). Ovlivňují zejména rychlost postupu povodňové vlny, možnost její efektivní transformace, pozměňují časování souběhu povodňových vln z různých částí povodí a v neposlední řadě přispívají rozdílnou měrou k charakteru vzniklých škod na majetku, infrastruktuře i krajině (Vilímek, Langhammer, 2003). Význam vlivu antropogenních zásahů do prostředí vodních toků a údolní nivy pro ovlivnění průběhu a následků povodní se jasně ukázal při extrémních povodňových událostech na přelomu 20. a 21. století. Díky mimořádnému rozsahu škod vyvstala potřeba exaktních přístupů a metod, které by umožnily možné přesně analyzovat a kvantifikovat geomorfologické procesy v prostoru údolní nivy při povodni v souvislosti s antropogenními zásahy do povodí, nivy a koryta toku. Pro tento účel byly v rámci výzkumných projektů řešených na půdě PřF UK vyvinuty nové metodiky mapování a hodnocení upravenosti toků, údolní nivy a následků povodní, založené na terénním mapování a následné geoinformatické analýze. 1. Východiska pro mapování upravenosti toků a následků povodní Cílem mapování upravenosti toků a následků povodní je získat informace o charakteru, intenzitě a prostorovém rozložení antropogenních zásahů do prostředí toků a údolní nivy a o geomorfologických změnách koryta toku a údolní nivy v důsledku povodňové události. Těchto výsledků lze využít při predikci potenciálních nebezpečí souvisejících s povodněmi a jako podklad pro management krajiny a údolní nivy. Terénní mapování se zaměřuje na ty formy a prvky, které není možno získat z jiných informačních zdrojů, tj. z map, leteckých či satelitních snímků. Metodika mapování je koncipována tak, aby umožňovala vyhodnocení souvislostí mezi jednotlivými aspekty antropogenní upravenosti říční sítě a údolní nivy a průběhem a následky povodní. Rozsah hodnocených ukazatelů je volen tak, aby mapování umožnilo získat potřebné spektrum informací, zároveň rychlý postup při mapování v terénu a zpracování rozsáhlého území v potřebném časovém období.

2 170 jakub langhammer marek křížek Pro mapování upravenosti toků a pro mapování geomorfologických projevů povodně jsou použity odlišné techniky sběru dat: upravenost toků a údolní nivy je hodnocena pro ucelené úseky vodních toků vymezené v mapě, přičemž hodnoty jednotlivých ukazatelů jsou zaznamenávány do hodnotícího formuláře; geomorfologické projevy povodně jsou zaznamenávány do základní topografické mapy 1 : dle stanovené legendy. Obě mapování probíhají současně, do stejného mapového listu se zakreslují jak značky geomorfologické legendy, tak hranice úseků pro hodnocení upravenosti. Výsledky mapování jsou digitalizovány a následně integrovány do jednotné geodatabáze v prostředí GIS, která slouží jako základ pro vyhodnocení i další aplikace. 2. Mapování upravenosti toků a údolní nivy Proces mapování upravenosti toků a nivy a hodnocení výsledků probíhá v následujících krocích: terénní mapování, digitalizace a kontrola výsledků mapování, kvantitativní vyhodnocení a interpretace výsledků. Jako základ terénního mapování byla použita metodika MUTON, částeně modifikována podle zkušeností s terénním mapováním na povodí Blanice a Sázavy v roce 2005 a 2006 (Langhammer a kol., 2005, 2006). 2.1 Metodika mapování a hodnocení Princip mapování vychází z rozdělení hodnoceného toku na dílčí úseky s proměnlivou délkou. Hranice úseků jsou voleny tak, aby vzniklý úsek byl homogenní alespoň v jednom z klíčových parametrů, kterými jsou: průběh trasy koryta, upravenost koryta, využití příbřežní zóny. Typická délka úseku je metrů, podle charakteru reliéfu a využití území se však může významně měnit. Hranice úseků jsou spolu s kódem úseku vyznačeny v mapě a následně jsou zdigitalizovány, aby umožnily propojení s kvalitativními informacemi o upravenosti, zaznamenávanými do formulářů. Kódy jsou voleny tak, aby byly unikátní a umožňovaly popsat i složité struktury, jako např. větvení toku, přítomnost náhonů atp. Každý tok má svůj třípísmenný kód, úseky jsou postupně číslovány třímístnou číslicí směrem od ústí k prameni. V případě větvení koryta je každé rameno hodnoceno i označováno odděleně. Intenzita upravenosti v jednotlivých parametrech se zaznamenává do formuláře spolu s charakteristikami koryta toku a údolní nivy pro daný úsek (obr. 2). Obr. 1 Princip členění toku na úseky. Mapovatel vybere jednu z nabízených

3 mapování upravenosti říční sítě a následků povodní 171 Obr. 2 Ukázka formuláře mapování upravenosti toku. možností a připojí případné poznámky. Formulář je následně převeden do digitální podoby a prostřednictvím identifikátoru úseku je v GIS propojen s vrstvou úseků toků, čímž umožňuje vyhodnocení prostorových aspektů upravenosti i vyhodnocení společně s dalšími hydrologickými, gemorfologickými či socioekonomickými charakteristikami území. Mapováno je celkem 13 ukazatelů, které popisují rozdílné charakteristiky prostředí toku, jeho upravenosti a identifikovaných následků povodně (Langhammer a kol., 2005). Jednotlivé ukazatele popisují: charakter koryta toku a údolní nivy, upravenost toku a údolní nivy, charakter následků povodně, charakter rozlivu při povodni, retenční potenciál údolní nivy a charakter protipovodňových opatření. 2.2 Mapované ukazatele Mezi mapovanými ukazateli můžeme rozlišit tři základní skupiny ukazatelů, které mají rozdílnou informační hodnotu, význam a odlišné využití při hodnocení. Jde o ukazatele intenzitní, identifikační a informační, které tvoří základ následné klasifikace a vyhodnocení Ukazatele intenzitní Představují ukazatele upravenosti a následků, u kterých je možné jednotlivé dílčí parametry hodnotit podle intenzity jejich potenciálního vlivu na proudění při povodni. Jednotlivé hodnocené ukazatele jsou z pohledu systému povodňového rizika (Langhammer, 2006) významné z hlediska možnosti ovlivnění proudění při povodni a z hlediska ovlivnění transformace povodňové vlny při průchodu povodím. Pro vyhodnocení těchto ukazatelů jsou jednotlivým parametrům přiřazeny body v jednotné škále, které jsou dále využity pro výpočet odvozených indexů upravenosti toku. Intenzitní ukazatele jsou hodnoceny jednou číselnou hodnotou pro celý úsek, v případě příbřežní zóny je prováděno hodnocení odděleně pro pravý a levý břeh.

4 172 jakub langhammer marek křížek Tab. 1 Ukazatele intenzity upravenosti. Upravenost trasy toku Divočící, rozvětvený Přirozeně meandrující Zákruty přirozeného původu Přirozeně přímý úsek Zákruty se známkami napřímení Napřímený úsek Revitalizovaný úsek Upravenost podél. profilu Úsek bez vertikálních překážek Přirozené nízké stupně v korytě Přirozené vysoké stupně v korytě Nízký jez (do 1 m) Stupňovitý jez, skluz Vysoký jez (přes 1 m) Hráz Upravenost koryta toku Přírodní koryto bez známky úprav Vegetační opevnění, dřevěná kulatina Břeh zpevněný kamenným pohozem Břeh nebo dno zpevněné trávobetonovou dlažbou Břeh nebo dno zpevněné vyzdívkou či betonem Využití příbřežní zóny Les Louka Orná půda Opuštěná orná půda Zahrady Roztroušená zástavba Intravilán Průmysl, těžba Souvislé betonové zpevnění břehu i dna Zatrubnění Tab. 2 Identifikační ukazatele charakter rozlivu a následků povodně. Potenciální překážky proudění při povodni Most Propustek Vysoký jez Překážka v korytě Budovy v nivě Násep silnice / trati napříč nivou Jiná překážka Geomorfologické projevy povodně Bez následků na korytě a příbřežní zóně Drobné břehové nátrže (do 5 m délky břehu) Rozsáhlé břehové nátrže (přes 5 m délky břehu) Sesuvy vyvolané povodní Drobné fluviální akumulace (do 100 m 2 ) Rozsáhlé fluviální akumulace (přes 100 m 2 ) Přemístění balvanů nebo velkého objemu hmoty Vytvoření nového koryta Povodňové škody Poškození nebo destrukce budov v nivě Poškození nebo destrukce mostů Poškození nebo destrukce jezů Poškození nebo destrukce komunikací v nivě Mezi intenzitní ukazatele jsou zařazeny: upravenost trasy toku, upravenost podéného profilu, upravenost koryta toku, upravenost příbřežní zóny. Dílčí parametry zvolených ukazatelů shrnuje tabulka 1. Parametry hodnotící upravenost trasy toku podélného profilu koryta toku jsou významné zejména z hlediska ovlivnění rychlosti proudění v korytě toku. Charakter a intenzita využití příbřežní zóny představuje naopak důležitý ukazatel z hlediska efektivního využití transformačního a retenčního potenciálu, který údolní niva nabízí.

5 mapování upravenosti říční sítě a následků povodní Ukazatele identifikační Identifikační ukazatele představují ty prvky, u kterých není hodnocena intenzita působení nebo projevu, ale jejich výskyt z hlediska polohy, struktury a četnosti (tab. 2). Společně s intenzitními ukazateli představují identifikační ukazatele základní stavební kameny následného hodnocení. Mezi identifikační ukazatele patří: potenciální překážky proudění při povodni, geomorfologické projevy povodně, povodňové škody. Identifikace potenciálních překážek proudění při povodni představuje mimořádně důležitý ukazatel, jehož význam prudce roste zejména u povodní s vysokou extremitou (Langhammer, 2004). Jednotlivé typy potenciálních překážek byly odvozeny ze zkušeností s terénním mapováním následků povodní (Křížek, Engel, 2003). Charakter geomorfologických projevů povodně a škod na majetku a infrastruktuře představuje ukazatel, umožňující na základě zjevných projevů a následků poslední povodnňové události určit charakter škod v hodnoceném úseku toku a převládající charakter geomorfologických procesů působících při povodni v prostoru údolní nivy. Pro možnost hodnocení těchto parametrů je limitujícím předpodkladem možnost identifikace projevů povodně v terénu. Ta je závislá na časovém odstupu mapování od povodně, přičemž zkušenosti z terénního mapování ukazují, že stopy po povodňových událostech z krajiny mizí velice rychle a že maximální časový odstup pro zachycení většiny projevů povodně představuje přibližně 3 roky Ukazatele informační Informační ukazatele přinášejí do hodnocení doplňující informace, které jsou využity při analýze a typologii upravenosti prostředí toků a nivy a následků povodní. Tyto informace jsou zároveň důležité pro podrobné hodnocení, prováděné u vybraných úseků, zejména při klasifikaci kritických úseků i při identifikaci úseků potenciálně vhodných pro rozliv v nivě. Do této skupiny byly zařazeny ukazatele shrnuté v tabulce 3. Informační ukazatele jsou koncipovány tak, aby umožňovaly zhodnotit základní velikostní parametry toku a nivy a další doplňkové informace bez nutnosti geodetického zaměřování. Jsou využívány při vyhodnocení typologie geomorfologických projevů povodně i upravenosti toků jako faktor, umožňující analyzovat hodnocené parametry ve vztahu k velikostním kategoriím toku a nivy. 2.3 Digitalizace a zpracování výsledků Výsledné hodnoty upravenosti pro jednotlivé úseky jsou převedeny do databáze a následně integrovány v prostředí GIS s digitální mapou toků, rozdělených na odpovídající úseky (obr. 2). To umožňuje analyzovat výsledky pomocí geostatistických nástrojů společně s ostatními informacemi o území a říční síti, stejně jako je přehledně vizualizovat v podobě kartogramů.

6 174 jakub langhammer marek křížek Uvedený způsob organizace a uložení výsledků mapování umožňuje následné kvantitativní a prostorové vyhodnocení intenzity upravenosti. Pro kvanitativní vyhodnocení výsledků byl vyvinut systém, umožňující odvození tzv. syntetických ukazatelů. Na základě analýzy jednotlivých mapovaných ukazatelů jsou odvozeny nové ukazatele, souborně popisující intenzitu a charakter upravenosti na úrovni toků a povodí. Jde např. o index upravenosti toku (Langhammer, 2006), identifikaci potenciálně kritických úseků ve vztahu k povodňovému riziku, identifikaci úseků vhodných pro efektivnější využití přirozeného retenčního potenciálu nebo typologii morfologických procesů při povodni. Tyto přístupy byly aplikovány při vyhodnocení extrémních povodní v letech 2002 a 2006 na povodí Blanice a Sázavy (např. Langhammer, 2003, Langhammer, Matoušková, 2006). 2.4 Hodnocení a interpretace výsledků Vyhodnocení výsledků mapování je možné provádět na různých prostorových úrovních hodnocení od elementárních úseků, přes jednotlivé toky, bilanční dílčí povodí, až po ucelená komplexní povodí. Jako příklad vyhodnocení analytických ukazatelů na rozdílných prostorových úrovních uvádíme analýzu výsledků mapování upravenosti říční sítě a údolní nivy v povodí Otavy z roku 2003, která zachytila následky extrémní povodně v srpnu 2002 (Langhammer, 2003). Mapování zde bylo provedeno na celkem 610 km říční sítě v základních ukazatelích upravenosti trasy toku, podélného profilu, koryta toku a využití údolní nivy. Výsledky ukázaly nejen silnou antropogenní upravenost koryt toků v hodnoceném povodí, ale i vysokou míru prostorové variability jednotlivých typů úprav. Základní představu o prostorové struktuře upravenosti v jednotlivých parametrch přináší vizualizace výsledků v prostředí GIS (obr. 3). Příklad z mapování v povodí Otavy ukazuje prostorovou diferenciaci jednotlivých forem upravenosti koryta toku v rámci povodí, přičemž umožňuje jednoznačné vyhodnocení celkové intenzity i struktury upravenosti koryt jednotlivých toků. Hodnocené parametry upravenosti je možné dále aglomerovat podle geografických nebo hydrologických jednotek podle ucelených povodí, vodních toků, případně vybraných fyzickogeografických charakteristik (nadmořská výška, geomorfologické jednotky atp.). Pro interpretaci výsledků je klíčové vyhodnocení upravenosti po dílčích bilančních povodích, které ukazuje variabilitu intenzity zásahů do koryt toků mezi jednotlivými toky a jejich částmi (obr. 4). Umožňuje zachytit kvalitativní rozdíly v míře ovlivnění odtokového procesu antropogenními zásahy na úrovni základních prostorových jednotek, pro které vyjadřujeme hydrologické i meteorologické veličiny, navíc základní bilační povodí jsou zpravidla relativně homogenní z hlediska přírodních podmínek i charakteru jejich antropogenní upravenosti. Nejvyšší intenzita upravenosti je na dolních úsecích toků v zemědělských oblastech s intenzivním osídlením. Absolutně nejvyšší upravenost toků má povodí dolní Blanice, kde dosahuje prakticky 100 % délky hlavních toků. Vysokou míru upravenosti mají ovšem i zbývající úseky Otavy na středním a dolním toku, povodí Ostružné,

7 mapování upravenosti říční sítě a následků povodní 175 Tab. 3 Informační ukazatele charakteristiky údolní nivy a koryta toku. Šířka údolní nivy údolní niva není vyvinutá do 10 m m m m 500 m a více Šířka koryta do 1 m 1 2 m 2 5 m 5 10m m 20 m a více Zahloubení koryta do 0,5 m 0,5 1 m 1 2 m a více Charakter rozlivu při povodni Voda neopustila koryto Rozliv pouze v rámci proti-povodňových hrází Rozliv do blízké příbřežní zóny (do 50 m od koryta) Rozsáhlý rozliv do údolní nivy s výškou hladiny do 1 m u koryta toku Charakter břehové vegetace Břeh bez vegetace Jednotlivé stromy Skupiny stromů a keřů Pás vegetace podél toku Les Retenční potenciál údolní nivy Opuštěný meandr/ rameno toku Mokřad Poldr Povodňová hráz Přirozené nebo umělé sníženiny v nivě Vodní nádrže v nivě Rozsáhlý rozliv do údolní nivy s výškou hladiny vyšší než 1 m u koryta toku Obr. 3 Vizualizace výsledků mapování v ukazateli upravenost říční sítě v povodí Otavy. Data: mapování PřF UK, 2003.

8 176 jakub langhammer marek křížek Obr. 4 Vyhodnocení upravenosti koryt toků v povodích Otavy. Data: mapování PřF UK, Obr. 5 Souhrnné vyhodnocení upravenosti koryt toků v povodí Otavy. Data: mapování PřF UK, Spůlky, Volyňky či Blanice na středním toku. Naproti tomu pramenné oblasti povodí Otavy (horní Blanice, Vydra) vykazují minimální upravenost říční sítě s více než 80% podílem délky úseků v přírodním nebo přírodě blízkém stavu. Souhrnné vyhodnocení jednotlivých ukazatelů upravenosti v případě středně velkých heterogenních povodí představuje pouze orientační ukazatel. To ukazuje i příklad povodí Otavy, kde souhrnné vyhodnocení upravenosti koryt toků ukazuje na relativně vysoký podíl přírodních či málo intenzivně upravených úseků toků z celkových 610 km hodnocené délky toků přes 55 % délky hydrografické sítě nevykazuje známky antropogenních zásahů (obr. 5). Tyto hodnoty však zakrývají mimořádné rozdíly v intenzitě upravenosti říční sítě mezi jednotlivými toky a částmi povodí, které je možné postihnout pouze detailním vyhodnocením po homogenních prostorových jednotkách. Výsledky mapování upravenosti toků a údolní nivy je možno využít pro další související aplikace, jako je například typologie následků povodní (Langhammer, 2003b), identifikace kritických úseků z hlediska povodňového rizika, identifikace úseků pro posílení retenčnícho a transformačního potenciálu údolní nivy či kvanitifikaci intenzity upravenosti.

9 mapování upravenosti říční sítě a následků povodní Mapování geomorfologických následků povodní Vyhodnocení geomorfologických projevů a následků povodní, které se opírá o účelové geomorfologické mapování, je jednou z metod, která umožňuje vymezit záplavový prostor a jedinou metodou, pomocí níž lze klasifikovat jednotlivé segmenty údolní nivy dle převládajících geomorfologických procesů souvisejících s povodněmi. Geomorfologické mapování se zabývá prostorem údolní nivy, resp. údolního dna, a geomorfologických tvarů, které zasahují do jeho prostoru z okolních svahů. Zaměřuje se zejména na akumulace v údolní nivě, které vypovídají o úsecích, kde se převážně hromadí materiál, anebo které mohou působit jako překážka při vybřežení vodního toku za zvýšených vodností a mohou výrazně měnit chování toku. Tomuto účelu byly podrobeny i navržené geomorfologické legendy v závislosti časové vzdálenosti od příčinné události, tedy podle stupně degradace jednotlivých tvarů jako geomorfologických projevů povodní. 3.1 Metodika mapování Účelový terénní geomorfologický výzkum byl realizován v následujících etapách: 1. Příprava terénního výzkumu a návrh legend geomorfologických map na základě rekognoskačních pochůzek (tab. 4) (Křížek, Engel, 2004; Křížek, 2005). Pro skupinu mapovatelů byl vytvořen mapovací manuál, kde byly charakterizovány a definovány tvary, které bylo třeba v údolních nivách toků hledat a rozpoznat. 2. Za účelem zjištění strukturních podmínek a korelace vymezení údolních niv byly využity bonitační mapy BPEJ (1 : 5 000), geologické mapy v měřítku (1 : a 1 : ) ze Souboru geologických účelových map (ÚÚG, ) a digitálních ortofotomap. Při zjišťování rozsahu rozlivů bylo využito leteckých snímků. 3. Terénní mapování geomorfologických tvarů jako projevů povodně v inundačních oblastech, geomorfologické vymezení údolní nivy. Mapovány byly rovněž přilehlé údolní svahy, a to s ohledem na výskyt geomorfologických tvarů, které mají genetickou souvislost s tvary v údolní nivě. Jako podklad pro terénní mapování posloužily listy Základní mapy ČR v měřítku 1 : a 1 : Terénní mapování prováděl podle jednotné legendy tým pracovníků, a to po předchozím zaškolení, podmiňujícím konzistentnost mapovacích prací. 4. Digitalizace a vektorizace terénních dat a jejich implementace do GIS (ArcGIS 9.1). V prostředí GIS, jehož základní složkou se stal digitální topologicko-vektorový soubor ZM ČR 1 : ZABAGED (ČÚZAK, 2003), byla terénní data revidována a zpracována do podoby účelové geomorfologické mapy. 3.2 Hodnocené formy reliéfu V prostoru údolní nivy jsou při mapování identifikovány tyto základní formy reliéfu: Údolní niva akumulační rovina tvořená fluviálními sedimenty podél vodního toku. Nivu lze rozdělit na úseky: akumulační, kde převládá akumulace (tj. jsou zde

10 178 jakub langhammer marek křížek patrné a dominantní projevy povodňové akumulace), transportní (neutrální), tj. kde není výraznějších či převládajících projevů eroze a akumulace), erozní (tj. jsou zde patrné a dominantní projevy eroze, erozní rýhy, zbytky starých koryt) (Křížek a kol. 2006, Hartvich 2006). Akumulační terasa zbytek staré údolní nivy v různé výšce (metry až desítky metrů) nad současnou údolní nivou, resp. hladinou vodního toku. V současné době je dostatečně vysoko, aby byla ohrožována povodněmi. Od údolní nivy je oddělena svahem majícím výrazně odlišný (vyšší) sklon než plošina akumulační terasy a údolní niva. Plošina akumulační terasy je pokrytá mj. fluviálním materiálem (valouny). Fluviální akumulace v údolní nivě povodňové uloženiny v prostoru údolní nivy, které se projevují jako drobné elevace nad údolním dnem. To však velmi rychle degraduje a stává se součástí povrchu údolní nivy. Tyto akumulace lze rozdělit dle zrnitosti na: hlinitopísčité, štěrkovokamenité, kombinované (ty odpovídají několika fázím sedimentace, nejdříve se například akumulovaly štěrky a při další vlně písek). Zákonitosti gradace sedimentovaného materiálu závislé na vzdálenosti od koryta toku a na poloze vzhledem k úseku údolní nivy je antropogenně pozměněn výstavbou vodních děl na vodním toku (přehrady, protipovodňové valy atd.). Náplavový (dejekční) kužel těleso kuželovitého tvaru tvořené fluviálními usazeninami, vzniklé akumulací materiálu transportovaného z vedlejších údolí, úpadů či erozních rýh, čili nacházející se při okrajích údolních niv či údolních den. Říční koryto prostor, kudy po většinu roku protéká vodní tok. Tab. 4 Obsah legendy sestavené pro účelové geomorfologické mapování následků povodní. Tvar Těleso sesuvu Odlučná hrana Náplavový / dejekční kužel Akumulační terasa Údolní niva (hranice) Fluviální akumulace v údolní nivě Opuštěné koryto Fluviálně výrazně poškozený břeh Břehové nátrže Skalní stupeň v korytě Jez Protipovodňový val, halda Most, lávka Nevhodně umístěný objekt Nevhodně vedené koryto Bezodtoká deprese v údolní nivě Říční koryto Akumulace v korytě Atributy Mocnost: max. mocnost sesuvu v údolní nivě Výška: výška odlučné hrany Mocnost: max. mocnost v údolní nivě Výška: výška nad současným dnem nivy Typ: akumulační, transportní a erozní část. Vztahuje se jen na údolní nivu bez koryta Typ: hlinitopísčitá, štěrkovokamenitá, kombinovaná Vznik: pokud je známo, uvést Hloubka: průměrná Šířka: průměrná Vznik: pokud je známo, uvést Výška: do 1 m, 1 2 m, nad 2 m Výška: do 1 m, 1 2 m, nad 2 m Šířka: průměrná Výška: průměrná Délka, Výška nad dnem toku (maximální) Stav: nepoškozený, poškozený, zničený Typ: akumulační, transportní, erozní Šířka toku: šírka toku v místě akumulace + poloha Materiál: hlinitopísčitá, štěrkovokamenitá, kombinovaná Gradace: bez gradace, normální, opačná Vegetace: bez vegetace, travní porost, keře či stromy

11 mapování upravenosti říční sítě a následků povodní 179 Opuštěné koryto bývalé koryto opuštěné vodním tokem, zpravidla po povodňové události. Fluviálně výrazně poškozený břeh výrazné poškození břehu boční erozí vodního toku. Toto místo poškození břehů ukazuje oblast, kam je soustředěna erozní činnost vodního toku. Skalní stupeň v korytě výrazný stupeň (skalní práh) v řečišti vodního toku způsobující nevyrovnanost podélného profilu vodního toku. Těleso sesuvu těleso, které zasahuje do prostorů údolního dna ve své spodní části z údolních svahů a které sem bylo transportováno svahovými (gravitačními) procesy (sesouváním). Jez umělý stupeň v korytě vodního toku. Protipovodňový val, zeď akumulační val podél koryta vodního toku antropogenně pozměněného inundačního valu nebo zcela antropogenního původu, zpravidla asymetrického průřezu, tvořená nezpevněnými nebo antropogenně zpevněnými sedimenty. Antropogenní val, halda antropogenní akumulace jiného než protipovodňového a protierozního účelu v prostoru údolní nivy (např. železniční násep, skrývka). Zvláště nebezpečné jsou ty, které příčně protínají a zahrazují údolní nivu. Most, lávka stavba procházející napříč korytem, spojující komunikace mezi dvěma břehy vodního toku. Nevhodně umístěný objekt, nevhodně vedené koryto objekt, který může potenciálně negativně ovlivnit průtočný profil, případně změnit směr proudění při vysokých a extrémních vodních stavech. Např. most v prostoru zákrutů nebo v jejich bezprostřední blízkosti nebo ostrý (pravoúhlý) zákrut. Bezodtoká deprese deprese v inundačním území údolní nivy zaplavovaná povrchovou vodou nebo vystupující podzemní vodou v době a místech maximální saturace, často doprovázená vlhkomilnou vegetací. Jsou zde jezírka, mokřiny, bažiny, odříznuté meandry. Tato místa mohou sloužit jako potenciální přirozené rezervoáry vody. 3.3 Hodnocení výsledků mapování Pro kvantitativní a prostorové vyhodnocení výsledků geomorfologického mapování je, stejně jako v případě mapování upravenosti toků a údolní nivy, základním kamenem přesná digitalizace a následné hodnocení v prostředí GIS. Pro eliminaci nehomogenity při digitalizaci výsledků terénního mapování byly pro jednotlivé tematické vrstvy připraveny standardizované atributové tabulky jako šablony pro vlastní digitalizaci, které usnadňují jednotné zpracování výsledků, dosažených větším počtem mapovatelů. Vlastní vyhodnocení je založeno na interpretaci prostorového rozložení jednotlivých mapovaných forem reliéfu navzájem a ve vztahu k dalším geografickým jednotkám a charakteristikám údolní nivy. Základním typem hodnocení jsou analytické vizualizace rozložení jednotlivých mapovaných prvků a forem reliéfu. Významné je zejména hodnocení prostorového rozsahu údolní nivy a erozních či akumulačních tvarů vzniklých v důsledku hodno-

12 180 jakub langhammer marek křížek cené povodňové události. Ukázkou takového výstupu je mapa rozmístění nových fluviálních akumulací v povodí Otavy v důsledku povodně ze srpna 2002, vytvořené na základě terénního mapování v roce 2003 (obr. 6). Vizualizace i vyhodnocení probíhají na různé prostorové úrovni od souhrnného pohledu na povodí jako celek až po možnost analýzy v detailu pro klíčové lokality. Další úroveň hodnocení představují syntetické výstupy, které poskytují komplexnější informaci, umožňující interpretovat charakter geomorfologických procesů a využít výsledky pro podporu plánování a rozhodování. Příkladem takového výstupu je klasifikace údolní nivy (viz výše) na úseky podle hlavních geomorfologických procesů akumulačních a erozních a lokalizaci nevhodně umístěných objektů v korytě toku či údolní nivě povodí Blanice (obr. 7). Jako nevhodně umístěné objekty z hlediska potenciálního nebezpečí při zvýšených stavech vodních toků jsou posuzovány zejména stavby ovlivňující při povodni podmínky proudění. Jde zejména o stavby, které protínají údolní nivu nebo ji intenzivním zastavěním výrazně zužují. Z tohoto hlediska jsou pro své okolí potenciálně nebezpečné především náspy železnice a silnic příčně procházející údolní nivou, které snadno podlehnou nadrženým masám vody a hrozí protržením a náhlou povodňovou vlnou, k popsané situaci došlo např. během povodní v roce 2002 na Blanici. Z hlediska ovlivnění dynamiky proudění v korytě jsou jako mimořádně rizikový prvek hodnoceny vysoké jezy, které v období vysokých vodností představují potenciální místa nestability vodního toku a způsobují výrazné změny v jeho chování. Při analýze pozice jezů a abnormálních projevů eroze a akumulace v povodí Blanice při povodni 2002 se ukázala těsná kauzální souvislost. (Křížek, Engel, 2004). Lokalizace těchto potenciálně rizikových objektů v údolní nivě je významnou informací, která při správné interpretaci může výrazně pomoci při plánování efektivní protipovodňové ochrany a možností eliminace kritických míst toků z hlediska projevů povodní. 3.4 Vliv časového odstupu od povodně na výsledky mapování Při terénním výzkumu geomorfologických projevů povodní je nutné uvažovat časový rozměr (dobu od povodňové události) a vývoj (resp. degradaci) vzniklých tvarů. Obecně, nehledě na antropogenní zásahy související s popovodňovou sanací, platí, že čím je tvar menší a čím je materiál, který jej tvoří, jemnější, tím snadněji podléhá dalším geomorfologickým procesům, které vedou k degradaci až zániku onoho tvaru. Toto se například prokázalo u fluviálních akumulací v údolní nivě Blanice, které byly mapovány ve dvou kampaních v letech a v roce 2005, kdy většina rozpoznaných akumulací během druhé mapovací kampaně byla tvořena hrubozrnným materiálem nacházející se především v horní polovině údolní nivy Blanice (viz obr. 6, kapitola: Údolní niva jako geomorfologický fenomén ). U nekonzistentních fluviálních akumulací je po delším časovém odstupu rovněž obtížné na základě morfologie či pokrytí vegetací určit jejich stáří. Při opakovaném geomorfologickém mapování se ukázalo, že stejně staré akumulace vykazují různou svěžest závislou na vzdálenosti od toku, která souvisí se zrnitostní gradací (zjemňování materiálu směrem k hranici nivy), ale i jejich osvěžováním v důsledku podružných

13 mapování upravenosti říční sítě a následků povodní 181 Obr. 6 Prostorové rozmístění nových fluviálních akumulací jako následku povodně 2002 a vymezení údolní nivy na základě terénního mapování v povodí Otavy. Obr. 7 Nevhodně umístěné objekty v povodí Blanice.

14 182 jakub langhammer marek křížek maxim vodností toků (hromadění dalšího materiálu, zabraňování zarůstání vegetací) (Křížek, 2005, 2006). Nejvíce podobné, až téměř identické výsledky mapování se týkaly identifikace potenciálně nebezpečných staveb (jezy, mosty, nevhodně umístěné objekty) v korytě nebo v údolní nivě a opuštěných koryt. Naopak nejvíce problémů (a to jak během první mapovací kampaně v roce , tak během druhé mapovací kampaně v roce 2005) měli mapovatelé s identifikací náplavových kuželů, přestože se jedná o rozsáhlé a morfologicky výrazné tvary vzniklé při vyústění vedlejších údolí či strží při okrajích údolní nivy hlavního údolí. U tohoto tvaru se projevilo, zda mapovatel měl již nějaké zkušenosti z geomorfologického mapování, či ne. Příčinou je zpravidla větší rozměr tohoto tvaru a jeho postupný a pozvolný přechod do údolní nivy, který mapovateli na něm se pohybujícím, unikl. 4. Integrace výsledků mapování upravenosti a geomorfologických následků povodní Výsledky mapování upravenosti toků a geomorfologických projevů povodně je možné přes rozdílné prostorové charakteristiky hodnocení integrovat a společně vyhodnocovat. Pro integraci jako výchozí prostorová jednotka slouží segment toku, vymezený při mapování upravenosti, přičemž je prostorově rozšířen na celý prostor údolní nivy (viz obr. 8). Do těchto úseků jsou integrovány výsledky geomorfologického mapování, stejně jako další informační vrstvy, zejména vybrané hydrologické a meteorologické charakteristiky povodňové události, informace o současném stavu a vývoji landuse, morfometrii reliéfu, údaje o historickém vývoji využití území a stavu říční sítě aj. Integrovanou databázi je možné využít pro geostatistické analýzy a přípravu syntetických hodnocení. Příkladem takového hodnocení je typologie říční sítě z hlediska následků povodní, zpracovaná na povodí Otavy (obr. 9). Pomocí metody clusterové analýzy zde byly vodní toky klasifikovány do tříd s příbuznými charakteristikami historické i současné upravenosti koryta a údolní nivy, charakteru využití území údolní nivy, fyzickogeografickými charakteristikami toků a morfologickými projevy povodně. Pro hodnocení byla použita clusterová analýza metodou algoritmu K-means. Pro generování vstupní matice dat pomocí prostorové analýzy v GIS byly pro jednotlivé úseky údolní nivy z jednotlivých analytických vrstev extrahovány následující parametry: střední výška úseku, sklon, upravenost koryta, vedení trasy koryta, upravenost úseku v podélném profilu, upravenost údolní nivy, počet jezů, počet mostů, počet nevhodně umístěných objektů, počet skalních stupňů v korytě, podíl urbanizovaných ploch, podíl orné půdy, podíl veškeré zemědělské půdy, podíl plochy luk, lesů a vodních ploch, zkrácení říční sítě mezi časovými horizonty , dále počet zjištěných akumulací po povodni 2002, počet břehových nátrží, počet zničených mostů a počet sesuvů.

15 mapování upravenosti říční sítě a následků povodní 183 Obr. 8 Integrace výsledků mapování upravenosti toků a geomorfologických projevů povodní v prostředí GIS. Klasifikace toků do pěti výsledných tříd prokázala těsnou souvislost fyzickogeografických charakteristik hodnocených úseků vodních toků s mírou jejich antropogenní transformace a s odpovídajícím charakterem následků při extrémní povodni v srpnu 2002 (Langhammer, 2003b). 5. Diskuse a závěry Pro úspěšnou praktickou aplikaci metodiky mapování antropogenní upravenosti říční sítě a geomorfologických projevů povodní je potřeba respektovat limity, dané jednotlivými metodickými přístupy, možnostmi nalezení odpovídajících forem reliéfu v časovém odstupu od povodně, v terénu dostupností a charakterem použitých dat a náročností jejich pořízení. Zkušenosti z mapování upravenosti toků a říční sítě ve středně velkých povodích ukazují, že pro praktické využití je důležité splnění následujících podmínek: přesné vymezení účelu hodnocení a z něj vyplývající definice struktury mapovaných ukazatelů a jednotlivých parametrů, zajištění objektivity hodnocení při terénním mapování, zajištění konzistentnosti dat získaných od většího počtu mapovatelů, volba vhodné techniky sběru dat a důkladná příprava podkladů pro mapování,

16 184 jakub langhammer marek křížek Obr. 9 Typologie toků v povodí Otavy na základě clusterové analýzy. volba vhodné technologie zpracování výsledků, vyvážení poměru mezi informační hodnotou získaných dat a časovou a finanční náročností na jejich pořízení, zajištění širší využitelnosti získaných výsledků a kompatibilita získaných informací s obecnými standardy. Vymezení účelu a cíle hodnocení a definice hodnocených ukazatelů a struktury mapovaných parametrů je klíčovou podmínkou pro úspěšné získání, analýzu, interpretaci a využití dat o upravenosti toků. Pro specifický účel hodnocení je žádoucí věnovat pozornost výběru pouze těch ukazatelů, které jsou relevantní pro výsledné hodnocení, a volbu takových kategorií, které mohou přinést potřebné informace. Nevhodně strukturovaná vstupní data mohou znesnadnit či znemožnit správné vyhodnocení a interpretaci výsledků. Parametry, nevyužité při hodnocení, navíc výrazně zvyšují čas potřebný pro terénní mapování i digitalizaci výsledků, a promítají se tak do vyšších finančních nákladů. Je-li předmětem hodnocení rozsáhlejší území, klíčovou podmínkou pro získání věrohodných dat je zachování konzistentnosti hodnocení více mapovatelů. Rozhodující úlohu zde hraje důkladná příprava podkladových materiálů, školení mapovatelů, jejich supervize a kontrola výsledků.

17 mapování upravenosti říční sítě a následků povodní 185 Z hlediska vyvážení poměru mezi užitnou hodnotou výsledků, časovou náročností úkolu a finančními náklady je vedle rozsahu hodnocených parametrů důležitá rovněž volba vhodné techniky sběru a zpracování dat. V současné době se díky dynamickému vývoji technologií nabízí jako alternativa tradičnímu mapování využití mobilních geoinformačních technologií, jako např. GIS ArcPad pro kapesní počítače typu PDA. Zkušenost z terénního testování mobilních technologií ukazuje, že tyto postupy jsou pro rutinní využití ve srovnání s tradičními postupy stále ještě méně flexibilní, citlivé na nepříznivé atmosférické podmínky a především finančně výrazně náročnější. Pro geomorfologické mapování následků povodní je hlavním kritériem, limitujícím přesnost a vypovídací schopnost výsledků časový odstup od povodňové události. S tím, jak se zvyšuje časový odstup od hodnocené povodně, se výrazně mění množství a kvalita možných mapovaných tvarů souvisejících s fluviálními procesy v prostoru údolní nivy. S klesající morfologickou nápadností jednotlivých tvarů v důsledku delší časové prodlevy od povodňové události rostou nároky na empirickou zkušenost mapovatele s geomorfologickým mapováním a zmenšuje se jeho schopnost daný tvar identifikovat. Metodika mapování upravenosti toků a následků povodní (Langhammer a kol., 2006), vyvinutá na PřF UK ukázala svoji použitelnost pro praktickou aplikaci i pro použití v rámci výzkumných úkolů. Pro aplikační účely byla využita pro vyhodnocování vlivu antropogenních změn v krajině na průběh a následky extrémní povodně v srpnu 2002 v povodí Otavy a Blanice nebo jarní povodně 2006 v povodí Sázavy. V badatelské rovině je metodika aplikována a dále rozvíjena na řadě dalších povodí. Přínosem uvedené metodiky je zejména transparentní způsob hodnocení, který umožňuje při zachování přesnosti hodnocení rychlý postup při mapování i snadné zaškolení pracovníků. Rychlé a objektivní zpracování rozsáhlých území a snadná integrace výsledků do prostředí GIS spojená s následnou geoinformatickou analýzou umožňují využití této metodiky i v širším měřítku. Pro praktické využití je významná především schopnost identifikovat v rámci hydrografické sítě kritická místa z hlediska povodňového rizika a ukázat zároveň na přirozený transformační a retenční potenciál povodí. Literatura BARBOUR, T. et al. (1999): Rapid Bioassessment Protocols For Use in Streams and Wedeable Rivers. USEPA, Washington. BIČÍK, I., KUPKOVÁ, L. (2003): Vývoj struktury ploch v povodí Otavy v letech In: Hodnocení vlivu změn přírodního prostředí na vznik a vývoj povodní, (ed. Langhammer, J.), , PřF UK, Praha. HARTVICH, F. (2006): Automatické vymezení údolní nivy Sázavy na základě DMR v prostředí GIS. Dílčí zpráva úkolu Vyhodnocení povodně PřF UK, Praha. HAVLÍK, A., JUST, T., SLAVÍK, O. (1997): Ekologická studie povodí Bíliny, VÚV TGM, Praha HAVLÍK, A., KALVODA, J., SKLENÁŘ, P., VILÍMEK, V. (1998): Studie extrémních morfologických změn vodních toků (příloha 1). Výzkumný ústav vodohospodářský, 160 s., Praha. HLADNÝ, J. a kol., ed. (1998): Vyhodnocení povodňové situace v červenci MŽP ČR, 163 s., Praha.

18 186 jakub langhammer marek křížek KŘÍŽEK, M., ENGEL, Z. (2004): Geomorfologické projevy povodně 2002 v povodí Otavy, In Hodnocení vlivu změn přírodního prostředí na vznik a vývoj povodní. Sborník příspěvků závěrečného semináře grantu GAČR 205/03/Z046, Langhammer, J., Engel, Z. (eds.), Přf UK, Praha, KŘÍŽEK, M. (2005): Geomorfologická charakteristika údolní nivy Blanice v rámci údolního systému. In: Lnghammer, J. a kol.: Vliv změn přírodního prostředí povodí a údolní nivy na povodňové rizik, Přf UK, Praha, KŘÍŽEK, M. (2006): Geomorfologické projevy jarní povodně 2006 na Sázavě. Dílčí zpráva úkolu Vyhodnocení povodně PřF UK, Praha, 4 s. KŘÍŽEK, M., HARTVICH, F., ŠEFRNA, L., CHUMAN, T., ŠOBR, M. (2006): Interdisciplinary Approach to the Delimitation of the Floodplain. Geografie Sborník ČGS, 111,4, In press. LANGHAMMER, J. (2003a): Anthropogenic Transformation of River Network in the Otava River Basin. Acta Universitatis Carolinae Geographica, 38, 2, LANGHAMMER, J. (2003b): Geoinformatic Assessment of the Consequences of Extreme Flood in August 2002 in Otava River Basin. Acta Universitatis Carolinae Geographica, 38, 2, LANGHAMMER, J. (2004): Analýza vlivu antropogenních změn v krajině na průběh a následky extrémních povodní, Acta Facultatis Rerum Naturalium Universitas Ostraviensis, Geographia-Geologia, 216, LANGHAMMER, J. (2006a): Analýza historických změn landuse v povodí Sázavy. Dílčí zpráva úkolu Vyhodnocení povodně PřF UK, Praha, 4 s. LANGHAMMER, J. (2006b): Mapování a analýza upravenosti toku a údolní nivy Sázavy. Dílčí zpráva úkolu Vyhodnocení povodně PřF UK, Praha, 5 s. LANGHAMMER, J. (2005): Vliv změn přírodního prostředí povodí a údolní nivy na povodňové riziko. Dílčí zpráva projektu VaV SM/2/57/05, Přf UK, Praha, 205 s. LANGHAMMER, J., KŘÍŽEK, M., MATOUŠKOVÁ, M., MATĚJČEK, M. (2006): MUTON metodika mapování upravenosti toků, údolní nivy a následků povodně. PřF UK, Praha, 29 s. LANGHAMMER, J., VILÍMEK, V. (2006): Present approaches to evaluation of anthropogenous changes in landscape as a factor of flood risk. Geografie Sborník ČGS, 111, 3, MAIDMENT, D. R. (1993): Handbook of Hydrology, McGraw-Hill, New York, 1424 s. VAJSKEBR, V. (2006): Analýza zkrácení toku Sázavy. Dílčí zpráva úkolu Vyhodnocení povodně PřF UK, Praha, 3 s. VILÍMEK, V., LANGHAMMER, J., ŠEFRNA, L., LIPSKÝ, Z., KŘÍŽEK, M., STEHLÍK, J. (2003): Posouzení efektivnosti změn ve využívání krajiny pro retenci a retardaci vody jako preventivní opatření před povodněmi. Závěrečná zpráva k vládnímu projektu Vyhodnocení katastrofální povodně v srpnu 2002, Přf UK, Praha, 83 s. VILÍMEK, V., ŠEFRNA, L. (2006) Některé extrémní jevy v nivě Sázavy za povodně Dílčí zpráva úkolu Vyhodnocení povodně PřF UK, Praha, 4 s. VLČEK, L., ŠINDLAR, M. (2002): Geomorfologické typy vodních toku a jejich využití pro revitalizace. Vodní hospodářství, 6, VILÍMEK, V., LANGHAMMER, J. (2003): Assessment of Flood Course and Consequences. Acta Universitatis Carolinae Geographica, 38, 2,