HYDROLOGICKÝ VÝZKUM V POVODÍ VOLYŇKY A AUTOREGULACE HYDROLOGICKÉHO CYKLU V POVODÍ LIZ

Transkript

1 J. Hydrol. hydromech., 54, 2006, 2, HYDROLOGICKÝ VÝZKUM V POVODÍ VOLYŇKY A AUTOREGULACE HYDROLOGICKÉHO CYKLU V POVODÍ LIZ MIROSLAV TESAŘ 1), JAROSLAV BALEK 2), MILOSLAV ŠÍR 1) 1) Ústav pro hydrodynamiku AV ČR, Pod Paťankou 30/5, Praha 6, Česká republika; mailto: miroslav.tesar@iol.cz, msir@mereni.cz 2) Enex, Odolenova 4, Tábor, Česká republika. Ústav pro hydrodynamiku AV ČR započal v roce 1964 experimentální hydrologický výzkum v povodí Volyňky. Od roku 1975 probíhá soustavné měření charakteristik hydrologického cyklu na vrcholových povodích Liz a Albrechtec (lesní porost) a experimentálních plochách Zábrod-pole a Zábrod-louka ve Vimperské vrchovině (800 až 1100 m n. m., Šumava). Monitoring prokazuje, že jednou z příčin relativní stability teplot přízemní atmosféry a odtoků z horských povodí je transpirace rostlin ve vegetační sezóně umožněná retencí vody v povodí. Dostatečná retenční schopnost krajiny (zejména půdy) a dostatečná transpirace vegetačního krytu dodávají hydrologickému koloběhu cyklický charakter. Bylo prokázáno, že vodou dostatečně zásobený hydrologický cyklus na povodí Liz dobře odolává velkým jednorázovým perturbacím spojeným se zvětšením příkonu tepla, jako tomu bylo v letech 1983, 1992 a 1994 (následek výbuchu sopky El Chichon v roce 1982 a Mont Pinatubo v roce 1991). KLÍČOVÁ SLOVA: experimentální hydrologie, hydrologický cyklus, Šumava. Miroslav Tesař, Jaroslav Balek, Miloslav Šír: HYDROLOGICAL RESEARCH IN THE VOLYŇKA BASIN (BOHEMIAN FOREST, CZECH REPUBLIC). J. HydroL. Hydromech., 54, 2006, 2; 72 Refs, 6 Figs, 1 Tab. Fundamental research of the hydrologic cycle in Volyňka catchment was established by the Institute of Hydrodynamics (Academy of Sciences of CR) in Since 1975 hydrologic cycle is monitored in the Liz catchment (spruce forest), Zábrod arable land and Zábrod meadow experimental areas. These experimental sites are situated in the mountainous and submontane region ( m a.s.l.) of the Šumava Mts. (Bohemian Forest). Influence of plant transpiration on the air temperature and entropy production is analyzed. Stabilizing role of both the water retention in a catchment and plant transpiration is evaluated. It was found that under conditions of sufficient retention capacity of a catchment (mainly the soil) and the area covered by transpiring vegetation, the hydrologic cycle was resistant to the great climatic perturbances in the growing seasons 1983, 1992 and KEY WORDS: Experimental Hydrology, Hydrological Cycle, Bohemian Forest. Úvod Ústav pro hydrodynamiku AV ČR započal v roce 1964 experimentální hydrologický výzkum v povodí Volyňky. Cílem bylo získat reprezentativní data pro vodohospodářsky významný šumavský region (Balek, 2005). V roce 1965 byla v rámci projektu UNESCO založena Mezinárodní hydrologická dekáda (International Hydrological Decade IHD), která se realizovala v letech Povodí Volyňky bylo zahrnuto do celosvětové soustavy sledovaných povodí. Základní hydrologické údaje experimentálního povodí Volyňky publikuje zpráva o jeho založení (Balek, Holeček, 1964). Hydrologický režim povodí Volyňky v období mezinárodní hydrologické dekády byl zpracován v souhrnné publikaci (Balek, Kulveitová, 1977). Byla publikována hydrometeorologická data povodí Zdíkovského a Adámkova potoka v období (Eliáš et al., 1987, 1991). Cílem hydrologické dekády bylo poznání geografického a časového kolísání hydrologického cyklu v celoplanetárním měřítku. Akademický výzkum se zaměřil na objasnění důvodů, proč je hydrologický cyklus tak nepravidelný, když jeho dominantní příčina příkon sluneční energie je cyklickým dějem s meziročním celozemským kolísáním maximálně v řádu jednotek procent. Byly zkoumá- 137

2 M. Tesař, J. Balek, M. Šír ny principiální problémy cykličnosti, zákonitosti a náhodnosti hydrologických řad. Inventura tehdejších poznatků konstatovala, že nejsou dostatečně známy fyzikální děje, kterými se hydrologický cyklus realizuje. Ukázalo se, že se nedostává poznatků zejména o proudění a retenci vody v půdě a o roli rostlin v cyklu. Nebylo také jasné, jak se s velikostí povodí mění kvantitativní významnost dějů účastnících se hydrologického cyklu. V souvislosti s počínajícím odumíráním lesů v ČR vzniklo podezření, že významnou příčinou poruch hydrologického cyklu je lidská činnost: odlesňování, zornění, odvodnění a degradace půdního pokryvu. Experimentální povodí Volyňky byla založena tak, aby bylo možné sledovat, jak se utváří odtok z povodí s jeho zvětšující se plochou (0,999 až 383,201 km 2 ), snižující se nadmořskou výškou (vrchol Boubína 1362 m n.m. až výška nuly vodočtu v Něměticích 423,06 m n. m.), měnícím se vegetačním pokryvem (od lesů, přes louky až k orné půdě) a zvětšující se intenzitou lidské činnosti (od shora dolů gradující osídlení, zemědělství, průmysl). Informace o dílčích povodích, z nichž se celé povodí skládá, jsou v tab. 1. Schématická situace povodí Volyňky a jeho subpovodí, osazení limnigrafů a srážkoměrů přináší obr. 1. Soustavné měření srážek a odtoků v celé síti 4 limnigrafických a 11 srážkoměrných stanic probíhalo v letech IHD ( ). Po jejím skončení přešla pozorovací síť do správy ČHMÚ a byla ve zredukované formě provozována do devadesátých let minulého století. Dvě párová vrcholová povodí Liz a Albrechtec ležící v CHKO Šumava na hranici Národního parku Šumava zřídil Ústav pro hydrodynamiku v roce 1975 a v zásadně modernizované podobě jsou provozována dodnes. Obr. 1. Povodí Volyňky a jeho subpovodí schéma osazení limnigrafů a srážkoměrů. Srážkoměry: S1 Volyně (450 m n.m.), S2 Němětice (427 m n.m.), S3 Hoslovice (590 m n.m.), S4 Vacov (720 m n.m.), S5 Úbislav (820 m n.m.), S6 Lipka (860 m n.m.), S7 Churáňov (1118 m n.m.), S8 Kubova Huť (1103 m n.m.), S9 Vícemile (790 m n.m.), S10 Zálezly (590 m n.m.), S11 Bohumilice (555 m n.m.). Uzávěrové profily s limnigrafy: L1 Volyňka v Něměticích, L2 Spůlka v Bohumilicích, L3 Peklov v Nihošovicích, L4 Volyňka v Sudslavicích. Fig. 1. The Volyňka experimental catchment and its subcatchment network for precipitation and discharge measurement. Rain gauges: S1 Volyně (450 m a.s.l.), S2 Němětice (427 m a.s.l.), S3 Hoslovice (590 m a.s.l.), S4 Vacov (720 m a.s.l.), S5 Úbislav (820 m a.s.l.), S6 Lipka (860 m a.s.l.), S7 Churáňov (1118 m a.s.l.), S8 Kubova Huť (1103 m a.s.l.), S9 Vícemile (790 m a.s.l.), S10 Zálezly (590 m a.s.l.), S11 Bohumilice (555 m a.s.l.). Discharge measurement in closing profiles: L1 Volyňka v Něměticích, L2 Spůlka v Bohumilicích, L3 Peklov v Nihošovicích, L4 Volyňka v Sudslavicích. 138

3 Hydrologický výzkum v povodí Volyňky a autoregulace hydrologického cyklu v povodí Liz T a b u l k a 1. Charakteristika dílčích povodí Volyňky. T a b l e 1. Characteristics of subcatchments in the Volynka experimental catchment. Plocha povodí [km 2 ] Catchment area Průměrný spád povodí [ ] Mean slope of catchment Průměrná výška [m n.m.] Mean elevation [m a.s.l.] Průměrný srážkový úhrn 1) [mm] Průměrná roční teplota 2) [ o C] Volyňka Spůlka Horní Volyňka Dolní Volyňka Peklov Albrechtec ) Liz ) 383, ,172 81, ,404 75,591 1,612 0,989 0,126 0,124 0,124 0,128 0,119 0,132 0, ,2 867,8 839,5 667,5 700,0 834,3 834,3 6,2 5,9 5,6 6,7 6,7 5,9 5,9 )Charakteristiky povodí Albrechtec a Liz jsou uvedeny pro úplnost, v průběhu IHD tato povodí pozorována nebyla. )Characteristics of the Liz and Albrechtec catchments are presented by reason of entirety; these catchments were not monitored in the course of IHD; 1) Mean precipitation total, 2) Mean annual temperature Základem hydrologického výzkumu na povodích Liz a Albrechtec je od roku 1975 soustavné měření srážek, odtoků, teploty a vlhkosti vzduchu, rychlosti a směru větru. Od roku 1983 se měří tenzometrické tlaky v půdním profilu a globální radiace a od roku 2000 zásoba vody v půdě pomocí integračních vlhkoměrů (Lichner et al., 2004a). Počínaje rokem 1989 se sleduje mokrá atmosférická depozice formou usazených srážek. Užívají se pasivní a aktivní kolektory mlžné a oblačné vody (Fišák et al., 2001a). Hydrologický výzkum se zaměřuje na mechanismy stabilizace a extremalizace hydrologického cyklu a odolnosti cyklu na perturbace. Povodí Liz je součástí celoevropské sítě reprezentativních povodí ERB (Tesař, 1996) a celostátní sítě GEOMON (Fottová, 2003). Experimentální lokality V současné době jsou monitorována dvě vrcholová párová povodí Volyňky Liz a Albrechtec. Několik set metrů pod jejich závěrovými profily se nacházejí dvě párové lokality Zábrod-pole a Zábrod louka. Obě povodí leží bezprostředně vedle sebe a mají zčásti společnou rozvodnici. Povodí se nacházejí ve shodných přírodních podmínkách, odlišují se pouze plochou, povodí Albrechtec má plochu zhruba dvojnásobnou (1,61 km 2 ) než povodí Liz (0,99 km 2 ). Obr. 2 představuje fyzickogeografickou mapu povodí Liz a Albrechtec se zákresem jednotlivých stanovišť a obr. 3 znázorňuje věkovou strukturu lesa na sledovaných povodích Liz a Albrechtec. Lokality Zábrod-pole a Zábrod-louka leží ve shodných přírodních podmínkách. Odlišují se pouze obděláváním půdy. Obě lokality Zábrod-pole a Zábrod-louka byly odvodněny v roce 1976 systematickou trubní drenáží. Povodí Liz, Albrechtec a lokality Zábrod pole a louka se nacházejí v oblasti Vimperské vrchoviny, která svou jihovýchodní částí zasahuje do CHKO a NP Šumava. Z hlediska typologického členění reliéfu náleží Vimperská vrchovina mezi členité vrchoviny. Experimentální území je součástí vrchovinné jižní části Vimperské vrchoviny, která přechází do horského pásma Šumavy. Rozložení půdních druhů ve Vimperské vrchovině je dáno hlavně geologickým složením matečních hornin a nadmořskou výškou. Převládají hlinitopísčité a písčitohlinité středně hluboké půdy. Z lesních půdních typů jsou nejvíce zastoupeny hnědé půdy (slabě glejové, glejové, illimerizované). Poměrně hojně se vyskytují půdy podzolované a podzoly. V nivách kolem vodních toků se vyskytují půdy nivní a drnoglejové. V nejvyšších polohách na vrcholech kopců se nacházejí nevyvinuté půdy. Ze zemědělsky využívaných půdních typů jsou zastoupeny hnědé půdy, drnoglejové půdy a částečně i půdy nivní. Na vývoji hnědých půd kyselých se výrazněji uplatnily zejména klimatické podmínky, reliéf a vlastnosti půdotvorných substrátů. Zvýšené množství srážek a nižší teploty vedly k zvýšené intenzitě vyluhování, při níž současně při kyselé reakci dochází k omezení biologické činnosti, a tím k značnému hromadění kyselých organických látek na povrchu půdy. Lehčí zrnitostní složení půdotvorných substrátů hnědých půd kyselých a podzolovaných eliminuje vliv většího množství srážek, takže nedochází k oglejení. Pouze v dolních částech svahů a na plošinách, kde je zvětralinový materiál vrstevnatě ukládán, se vytvářejí poněkud méně propustná deluvia, na kterých dochází k různému stupni ogle- 139

4 M. Tesař, J. Balek, M. Šír Obr. 2. Fyzickogeografická mapa povodí Liz a Albrechtec se schematickým zakreslením říční a cestní sítě. MS automatický meteorologický systém pro gradientové měření, 1 až 10 stanoviště pro sledování vodního režimu půd, LA uzávěrový profil povodí Albrechtec s ultrazvukovým měřením průtoků, LL - uzávěrový profil povodí Liz s ultrazvukovým měřením průtoků. Fig. 2. Physical geographic situation of the Liz and Albrechtec experimental catchments with the scheme of the river and road network. MS meteorological station for gradient observations of water and heat transfer in the surface layer of atmosphere as well as in the soil profile, 1 to 10 monitoring of the soil water regime, LA discharges measurement in the closing profile of the Albrechtec experimental catchment using the ultrasonic device, LL discharges measurement in the closing profile of the Liz experimental catchment using the ultrasonic device. Obr. 3. Věková struktura lesního pokryvu povodí Liz a Albrechtec. Fig. 3. The forest age in the Liz and Albrechtec experimental catchments. 140

5 Hydrologický výzkum v povodí Volyňky a autoregulace hydrologického cyklu v povodí Liz jení. Drnoglejové půdy jsou výrazně podmíněny vlastností reliéfu a s ním souvisejícími hydrologickými poměry. Modelové území se nachází v jihozápadní části Vimperské vrchoviny v povodí Zdíkovského potoka, který protéká širší luční depresí. Ve své vrchní části se tento tok formuje na severně orientovaných lesních svazích, kde se nachází povodí Liz, pod zalesněnými svahy se potom nachází lokalita Zábrod-louka a Zábrod-pole. Z hlediska geologického je zájmové území součástí rozsáhlého moldanubického masivu. Na geologické stavbě se podílejí převážně horniny metamorfované, pararuly, s menšími injekovanými lokalitami v severní části území, jež je z větší části zalesněno. Všechny horniny skalního podkladu jsou v nivních polohách překryty nivními nevápnitými uloženinami, v depresích a na spodních a středních částech svahů i svahovinami čtvrtohorního stáří. V údolních polohách se místy vytvořily rozsáhlé lokality rašelin. Z lesních půd jsou zde zastoupeny následující pedogenetické skupiny skupina podzolů (železité podzoly, humusoželezité podzoly, humusové hnědé a šedé podzoly), skupina hnědých lesních půd (okrové, rezivé, čokoládově hnědé lesní půdy), meziskupina hnědých lesních půd, skupina semiglejových půd, skupina glejových půd, skupina rašeliništních půd, skupina geneticky složených lesních půd a skupina mladých nevyvinutých půd. Ze zemědělsky využívaných genetických půdních představitelů dosahují největšího rozšíření hnědé půdy kyselé, hnědé půdy kyselé oglejené, hnědé půdy kyselé glejové, hnědé půdy podzolované, drnoglejové půdy a drnoglejové půdy rašeliništní. Lokalita Zábrod-louka je využívána jako trvalý travní kryt, v roce 1976 byla odvodněna systematickou trubkovou drenáží, genetický půdní představitel je hnědá půda kyselá slabě oglejená, poloha: 13 o východní délky, 49 o severní šířky, 788 m n. m. Lokalita Zábrod-pole byla využívána jako orná půda, v roce 1976 byla odvodněna systematickou trubkovou drenáží, genetický půdní představitel je hnědá půda kyselá podzolovaná, poloha: 13 o východní délky, 49 o severní šířky, 789,5 m n. m. Povodí Liz je zalesněné, porost povodí patří do kyselé smrkové bučiny 6k6, genetický půdní představitel je oligotrofní hnědá lesní půda, zeměpisné souřadnice: 13 o až 13 o východní délky, 49 o až 49 o severní šířky, výška povodí 828 až 1074 m n. m. s průměrnou výškou 941,5 m n. m. Plocha povodí je 0,99 km 2, střední sklonitost povodí je 16,6 %, délka údolnice 1,45 km, délka toků 2,28 km. Průměrná roční teplota vzduchu je 6,3 o C, průměrná teplota vzduchu v lednu činí 3,4 o C, průměrná teplota vzduchu v červenci 13,6 o C, průměrný roční srážkový úhrn 825 mm, průměrný roční počet dnů sněhové pokrývky 92. Povodí Albrechtec bezprostředně sousedí s povodím Liz. Jeho klimatické charakteristiky jsou totožné s povodím Liz, plocha povodí je téměř dvojnásobná. Přístrojové vybavení Přístrojové vybavení povodí a ploch vychází z koncepčního záměru kvantifikovat celý cyklus v měřítku malého povodí. Standardně se měří dešťové srážky, horizontální srážky, sněhová pokrývka, příkon sluneční radiace, teplota vzduchu a půdy, teplota povrchu půdy a rostlinstva, tenzometrické tlaky půdní vody, vlhkost půdy, průtok závěrovým profilem povodí. Měřící přístroje jsou konstruovány jako elektronická čidla připojená k dataloggerům. Denní úhrny dešťových srážek jsou měřeny v síti tvořené 9 srážkoměry. Síť pokrývá území 15 km 2, v němž leží sledované povodí a plochy. Dešťové intenzity jsou měřeny na 8 místech. Sněhová pokrývka je měřena na pěti lokalitách v nadmořských výškách od 830 do 1122 m, a to vždy na volné ploše a v sousedícím lesním porostu. Páteřní meteorologická stanice je umístěna ve středové poloze mezi povodími a plochami v nadmořské výšce 830 m. Jedná se o plně automatizovaný systém pro kontinuální monitoring přenosu tepla a vody v přízemní vrstvě atmosféry a nenasycené půdní zóně. Gradientová měření základních meteorologických veličin jsou umístěna v úrovních 2, 5 a 10 m nad terénem. Kontinuálně jsou měřeny teploty a vlhkosti vzduchu, tlak vzduchu, směr a rychlost větru, trvání slunečního svitu, globální radiace včetně její odražené složky, intenzita a úhrn dešťových padajících srážek. V jednotlivých úrovních půdního profilu jsou měřeny tenzometrické tlaky, objemové vlhkosti půdy a teploty půdy. Meteorologická stanice je doplněna monitorovacím a vzorkovacím systémem oblačné a mlžné depozice, který se skládá z detektoru současného stavu počasí PWD11 (Present Weather Detector, Vaisala, Finsko) doplněného aktivním mlhoměrným zařízením NES 210Fog Sampler (Eigenbrodt, SRN). Tato sestava umožňuje kontinuální měření stavu počasí a depozice vody z větrem hnaných mlh a nízké oblačnosti. V závěrovém profilu povodí Liz a Albrechtec je měřena poloha hladiny na měrném přepadu ultra- 141

6 M. Tesař, J. Balek, M. Šír zvukovým hladinoměrem. Na povodí Liz je umístěno 10 stanovišť, na nichž se měří dynamika půdní vody. Stanoviště vytvářejí na povodí náhodnou síť. Měří se tenzometrické tlaky v hloubkách 15, 30, 45 a 60 cm, průměrná objemová vlhkost půdy v hloubce 30 a 45 cm pod terénem a průměrná vlhkost ve vrstvě 0 60 cm. V povodí Liz je instalováno zařízení pro kvantifikaci podkorunových srážek a stoku po kmeni, a sice ve smrkovém (lesní typ 6K2, 850 m n.m.) a v bukovém porostu (lesní typ 6V4, 860 m n. m.). Měření mízního toku ve stromech na povodí Liz metodou THB (Čermák et al., 2004) bylo instalováno v roce 2005 ve smrkovém porostu (lesní typ 6K2, 850 m n. m.). Na ploše Zábrod-pole a Zábrod-louka je umístěno stanoviště, kde se měří intenzita dešťových srážek a dynamika půdní vody. Pro potřeby odběru vzorků vody z větrem hnané nízké oblačnosti a mlhy byly instalovány pasivní a aktivní mlhoměry na meteorologické stanici Liz (NES 210Fog Sampler EIGENBRODT, SRN; 830 m n. m.) a Churáňov (pasivní mlhoměr typu Grunow a CWP aktivní mlhoměr, 1118 m n. m.). Pro sledování a vyhodnocování látkových toků jsou pravidelně v měsíčním kroku odebírány a analyzovány v rámci sítě GEOMON vzorky srážek na volné ploše (typ bulk ), podkorunových srážek ve smrkovém porostu (lesní typ 6V4, 860 m n. m.) a povrchového odtoku v místě uzávěrového profilu povodí Liz od roku V posledních létech byly odběry doplněny o odběr vzorků podkorunových srážek v bukovém porostu (lesní typ 6V4, 860 m n. m.) a o odběr vzorků vody stékající po kmenech ve smrkovém porostu (lesní typ 6V4, 860 m n. m.) a v bukovém porostu (lesní typ 6V4, 860 m n. m.). Metody zpracování dat Měřená data jsou zpracována a vyhodnocována pomocí přejatých či vlastních programů. Srážkoodtokový vztah se zkoumá konceptuálním modelem SACRAMENTO (Burnash, 1995) a procesním modelem BROOK (Federer, 1993). Proudění vody v půdě a geneze odtoku z půdy se simuluje modelem SWATRE/SWAP93 (Belmans et al., 1983), založeným na řešení Richardsovy rovnice. Hydrofyzikální vlastnosti půdy, potřebné pro Richardsovu rovnici, se stanovují programem RETC (Šír et al., 1985, Vogel et al., 1985). Perkolační jevy při proudění vody v půdě se zkoumají pomocí simulátoru PERKOL (Šír et al., 1996a, b). Transpirace rostlinného krytu se stanovuje z energetické bilance porostu programem NOVTRANS (Pražák et al., 1994, 1996). Hydrologická bilance půdy se sestavuje programem BIL (Tesař et al., 2001). Retenčněevapotranspirační jednotka RETU (Eliáš et al., 2002) se užívá k simulaci přenosu vody a tepla mezi půdou, rostlinami a atmosférou v teplé části roku. Depozice mlžné a oblačné vody na porosty se modeluje programem LOVETT (Lovett, 1984; Lovett, Reiners, 1986). Přehled publikovaných výsledků Hydrologické řady a srážkoodtokový vztah Řady hydrologických veličin, zejména odtoků, srážek a evapotranspirace, byly analyzovány statistickými metodami (Anděl, Balek, 1969). Byla vypracována metoda modelování poruch hydrologických řad pomocí demodulace (Anděl, Balek, 1974). Byla analyzována tvorba odtoku z povodí (Balek, 1968, 1973, 1975) a sestavena celoroční vodní bilance povodí (Balek, 1970). Studie (Buchtele et al., 1996b) se zabývá modelováním srážkoodtokového vztahu modely SACRAMENTO a BROOK. V reakci na současnou klimatickou změnu bylo pomocí těchto modelů zpracováno několik analýz vlivu klimatu, změny porostu a změny obhospodařování na vodní režim povodí (Buchtele, 1995, Buchtele et al., 1996a, 1999, 2000). V těchto studiích hraje povodí Liz roli srovnávací báze, neboť je vcelku nedotčeno lidskými zásahy. Proudění vody v půdě, vodní režim půd a geneze odtoku z povodí Tenzometrický monitoring vodního režimu půdy pod různými porosty popisuje práce Tesař et al. (2001). Vliv porostu na vodní režim půdy je analyzován v příspěvku Tesař, Šír (1998), Tesař et al. (2004b). Na základě tenzometrického monitoringu vodního režimu půd byl popsán oscilační režim výtoku vody z půdy do podloží (Pražák et al., 1992). Byl potvrzen nezávislými experimenty s radioaktivním stopovačem (Šír et al., 2000). Pomocí tenzometrických měření a radioaktivního stopovače byla stanovena aktuální retenční kapacita půdy (Lichner et al., 2004a, b, 2005). Experimenty s radioaktivními stopovači byly uskutečňovány již při založení povodí Volyňky (Balek et al., 1965). Jejich smyslem bylo odhalit cesty, jakými se formuje odtok z povodí. V práci Tesař et al. (2004d) je ukázáno, že oscilační režim výtoku vody z půdy do 142

7 Hydrologický výzkum v povodí Volyňky a autoregulace hydrologického cyklu v povodí Liz podloží má podstatný podíl na vzniku vzestupné větve hydrogramu odtoku. Transpirace rostlin, stabilita a extremalizace hydrologického cyklu Práce Balek et al. (1977) představila metodu pro přímé měření rychlosti transpiračního proudu ve stromech. Soudobá přístrojová varianta této metody se používá na povodí Liz i dnes (Čermák, Naděždina, 2005). Studie Balek et al. (1977) ukazuje výpočet transpirace lesního pokryvu z meteorologických dat. V pracích Pražák et al. (1994, 1996) je odvozena metoda výpočtu potenciální evapotranspirace z globální radiace a teploty vzduchu. Balek et al. (1977) se zabývá regulací vodního koloběhu vlivem transpirujících rostlin. Ve zprávě Eliáš (1980) jsou analyzovány endogenní a exogenní regulátory hydrologického cyklu. Práce Eliáš (1985) studuje souvislosti mezi povrchovým odtokem, vegetací a atmosférou. V práci Eliáš et al. (2002) je pomocí modelu RETU studována stabilita a extremalizace hydrologického cyklu pramenných oblastí na příkladu povodí Liz. V práci Šír et al. (2003b) se demonstrují poruchy transpiračního chlazení z hlediska srážkoodtokového vztahu ve vegetační sezóně. Článek Šír et al. (2005) se zabývá vztahem transpirace rostlin a autoregulace hydrologického cyklu. Souvislosti mezi klimatickou změnou a transpirací jsou popsány v práci Šír et al. (2003a). Reakci hydrologického cyklu na povodích Liz, Jalovecký potok (SR) a v Rakousku na perturbaci vyvolanou výbuchem sopky Mont Pinatubo popisují práce Holko et al. (2003), Šír et al. (2004a). Vlivem vegetačního porostu krajiny na vodní hospodářství se zabývá práce Šír et al. (2004b). Působení vegetace na vodní a teplotní režim tří povodí ve vrcholovém pásmu Šumavy je studováno v příspěvku Tesař et al. (2004a). Atmosférická depozice Strnad et al. (1988) udává základní charakteristiky chodu mlh na šumavském Churáňově v blízkosti povodí Liz a Albrechtec. Odhad depozice mlžné a oblačné vody na smrkové porosty v atmosférických podmínkách Churáňova uvádí práce Tesař (1993), Eliáš, Tesař (1994a, b). Metody vzorkování, chemických analýz a výpočtu depozice modelem Lovett jsou popsány v práci Eliáš et al. (1995). V článku Fišák et al. (2001a) je popsána konstrukce mlhoměrných zařízení. Přehledné údaje o atmosférické depozici v jižních a severních hraničních oblastech ČR přinášejí práce Tesař et al. (1995), Fišák et al. (2001b, 2002, 2004). Ve studiích Tesař et al. (2000a, b, 2001, 2004c, 2005) jsou kvantifikovány usazené srážky a mokrá atmosférická depozice v oblasti Šumavy. Autoregulace hydrologického cyklu v povodí Liz Dlouhodobě stabilní střední teplota povrchu Země je 288 K, což je o 33 K více, než odpovídá rovnovážné radiační teplotě 255 K, jak plyne z energetické bilance Země jako absolutně černého tělesa (Kleidon, Lorenz, 2004). Příčinou je skleníkový efekt atmosféry a přenos tepla a vody v atmosféře v důsledku kondenzačně evaporačního cyklu. Ten je podstatou celého hydrologického cyklu. Autoregulací se rozumí skutečnost, že střední teplota povrchu Země je udržována navzdory růstu příkonu slunečního záření (asi o 30 % za 3,4 miliardy let) a že zeměpisně nerovnoměrné oslunění spolu s denním a ročním kolísáním příkonu slunečního záření nevede k přílišným teplotním extrémům. Typickým projevem autoregulace je skutečnost, že průměrná teplota přízemní atmosféry ve vegetační sezóně jen málo meziročně kolísá na jednom místě. Základem autoregulační funkce hydrologického cyklu je vhodné rozdělení zemským povrchem pohlcené sluneční energie na zjevné a latentní teplo (Pokorný, 2001). Zjevné teplo je teplo vyzářené z povrchu bezprostředně po pohlcení slunečního záření, takže okamžitě ohřívá vzduch. Časově a plošně nerovnoměrný ohřev atmosféry zjevným teplem je jednou z příčin cirkulace atmosféry na Zemi. Latentní teplo je teplo spotřebované na výpar vody. Do latentního tepla se sluneční energie uschová, aniž by došlo k okamžitému zvýšení teploty ovzduší. Latentní teplo se uvolní až při následné kondenzaci páry. K ní dochází na chladnějších místech na Zemi nebo v atmosféře, je-li pára spolu se vzduchem odváta z místa výparu, nebo v chladnější době, např. když Země chladne v noci. V důsledku uvolnění latentního tepla se ovzduší zahřeje. Zkondenzovaná pára občasně spadne jako srážka zpět na zemský povrch. Tímto mechanismem se udržuje cyklický charakter oběhu tepla a vody na Zemi v poměrně úzkém rozmezí teplot povrchu Země. Z hlediska chlazení zemského povrchu rozděluje transpirace rostlin pohlcenou sluneční energii na zjevné a latentní teplo v lepším poměru, než prostý výpar. Důkazem autoregulační funkce transpirace v hydrologickém cyklu je zvýšení produkce entropie v případě, kdy je výpar řízen 143

8 M. Tesař, J. Balek, M. Šír rostlinami, oproti poměrům, kdy transpirace nefunguje (Kleidon et al., 2000; Šír et al., 2005). Konverze sluneční energie v teplo na zemském povrchu vede ke zvětšení vlnové délky tepla oproti vlnové délce slunečního záření, tudíž dochází k produkci entropie. Ta se vypočte ze vztahu (1) s = Q out /T out Q in /T in, (1) kde Q in energie pohlcená povrchem, T in teplotní ekvivalent vlnové délky energie dopadající na povrch, Q out vyzářená energie, T out teplotní ekvivalent vlnové délky z povrchu vyzářené energie, s produkce entropie. Vztah (1) lze přímo použít k výpočtu produkce entropie při transformaci slunečního záření na zjevné teplo. Porost pohltí sluneční záření Q in o teplotním ekvivalentu vlnové délky rovném teplotě povrchu Slunce T in = 5760 K a bezprostředně vyzáří jako zjevné teplo Q out z povrchu o teplotním ekvivalentu vlnové délky rovném teplotě porostu T out. Latentní teplo odnímá energii z výparného povrchu, ta se následně při kondenzaci uvolňuje zpět do atmosféry. Na skupenskou přeměnu vody v páru se užije sluneční záření s teplotou T in = 5760 K, pára v chladnější atmosféře zkondenzuje, čímž se uvolní teplo při teplotě T out rovné teplotě vzduchu. Nutno uvážit, že evaporačně-kondenzační cyklus je ve skutečnosti nelokální a nesynchronní, protože pára často zkondenzuje na jiném místě a v jiném čase, než se voda vypařila. Proto slouží vzorec (1) jen k přibližnému odhadu produkce entropie v evaporačně-kondenzačním cyklu. Vzhledem k tomu, že entropie je aditivní veličinou, můžeme definovat celkovou produkci entropie při konverzi sluneční energie na zemském povrchu jako součet produkce entropie při transformaci slunečního záření na zjevné teplo a produkce entropie při transformaci slunečního záření na latentní teplo. Analyzujme produkci entropie na povodí Liz v období až vegetačních sezón 1983 až Zjevné teplo, latentní teplo a teplota porostů byly stanoveny pomocí teorie chlazení rostlin (Pražák a kol., 1994). V jejím rámci se předpokládalo, že rostliny regulují teplotu listů výparem vody tak, aby nepřekročila hodnotu 25 C. Pro výpočet byly užity měřené hodnoty teploty přízemní vrstvy vzduchu, globální radiace a tenzometrického tlaku půdní vlhkosti v kořenové zóně. Byl-li tenzometrický tlak v kořenové zóně menší než 60 kpa, transpirace se anulovala a veškeré pohlcené sluneční záření se měnilo v latentní teplo. Produkce entropie byla stanovena podle vzorce (1) pro obě konverze slunečního záření. Na obr. 4 je ukázána souvislost mezi příkonem slunečního záření a průměrnou teplotou vzduchu mezi 5. a 20. hodinou ve vegetačních sezónách až let Navzdory značnému kolísání slunečního příkonu (max. rozdíl sezónních sum 282 MJ/m 2, to je 20 %) okolo střední hodnoty 1414 MJ/m 2 se udržovala průměrná teplota vzduchu v úzkém rozmezí (max. rozdíl sezónních průměrů 3,5 ºC, to je 26 %) okolo průměru 13,2 ºC. Nejvyšší průměrná teplota 15,4 ºC byla v sezóně Bylo to způsobeno kombinací vysokého příkonu slunečního záření a nízkých srážek, což vedlo k tomu, že ve 39 % trvání sezóny byla půda natolik proschlá, jak ukazovala tenzometrická měření půdní vláhy, že transpirace byla podstatně menší než potenciální. O malé transpiraci svědčí také velké zjevné teplo 1086 MJ/m 2 a vysoká teplota vzduchu, jak ukazuje obr 5. Je to o 133 MJ/m 2 (o 14 %) více, než je průměr 953 MJ/m 2 všech sezón v období Rozptyl sezónních sum celkové produkce entropie je 0,88 MJ/K/m 2 (20 %) okolo střední hodnoty 4,56 MJ/K/m 2 (obr. 6). Maximální celková produkce entropie dosahuje sezónní sumy cca 5 MJ/K/m 2 v letech 1983, 1992 a V těchto sezónách došlo k velkému klimatickému výkyvu vlivem perturbací, které měly původ v ději nespadajícím do hydrologického cyklu. V sezóně 1983 to byl výbuch mexické sopky El Chichon v dubnu roku Příčinou klimatického výkyvu v sezónách 1992 až 1994 byla celozemská změna cirkulace atmosféry v důsledku výbuchu filipínské sopky Mont Pinatubo v červnu roku 1991 (Hansen, 1996; Holko et al., 2003; Šír et al., 2004a). Oba sopečné výbuchy vnesly do atmosféry takové množství sopečných hmot, že došlo ke zvětšení odrazivosti atmosféry pro sluneční záření, tudíž k menšímu příkonu sluneční energie v celozemském rozsahu. Na našem území došlo paradoxně ke zvětšení příkonu slunečního záření, neboť v důsledku změněné cirkulace atmosféry na severní polokouli byl zablokován přísun oceánského vzduchu nad pevninu. Tudíž byla menší oblačnost, a tedy větší globální radiace (obr. 4). V perturbací zasažených sezónách 1983, 1992 a 1994 došlo ke značnému zvětšení produkce entropie při transformaci slunečního záření na zjevné a latentní teplo, což je důkazem dobré autoregulační funkce hydrologického cyklu na povodí Liz. Sezónní produkce entropie nad 5 MJ/K/m 2 je zřejmě typická pro poruchové roky. Vzhledem k tomu, že produkce entropie je řízena rostlinami, můžeme tvrdit, že mechanismem, který vyrovnává režim 144

9 Hydrologický výzkum v povodí Volyňky a autoregulace hydrologického cyklu v povodí Liz Obr. 4. Radiační příkon slunečního záření a průměrná teplota vzduchu mezi 5. a 20. hodinou v období až v sezónách na povodí Liz. Fig. 4. Absorbed global radiation and mean air temperature in the growing seasons from 5 a.m. till 8 p.m. in the Liz experimental catchment. Obr. 5. Rozdělení radiačního příkonu na latentní a zjevné teplo v období až v sezónách na povodí Liz. Fig. 5. Latent and sensible heat in the growing seasons from 5 a.m. till 8 p.m. in the Liz experimental catchment. 145

10 M. Tesař, J. Balek, M. Šír Obr. 6. Celková produkce entropie a entropie produkovaná při konverzi slunečního záření na zjevné teplo v období až v sezónách na povodí Liz. Fig. 6. Total entropy and entropy of sensible heat in the growing seasons from 5 a.m. till 8 p.m. in the Liz experimental catchment. teplot přízemní atmosféry, je transpirace rostlin ve vegetační sezóně umožněná retencí vody v povodí. Závěry a výhledy Dosavadní hydrologický výzkum v povodí Volyňky prokazuje, že hydrologický cyklus je komplexním přírodním jevem s výraznou účastí transpirujících rostlin. Jejich životní aktivita je základem autoregulace hydrologického cyklu ve vegetační sezóně. Z podstaty přírodních dějů plyne, že hydrologický výzkum musí být dlouhodobý a nepřerušovaný, aby jeho závěry mohly mít širší platnost. Víc jak dvacetiletý cyklus pozorování již překonal dvě jedenáctileté periody sluneční aktivity, tudíž lze předpokládat, že jeho zatímní závěry věrně odrážejí specifika horských a podhorských oblastí. Bylo prokázáno, že vodou dostatečně zásobený hydrologický cyklus na povodí Liz dobře odolává velkým jednorázovým perturbacím spojeným se zvětšením příkonu tepla, jako tomu bylo v letech 1983, 1992 a 1994 (následek výbuchu sopky El Chichon v roce 1982 a Mont Pinatubo v roce 1991). Zatím není potvrzena ani vyvrácena jeho odolnost vůči dlouhodobému zvětšování příkonu tepla do cyklu, jak jej způsobuje klimatická změna oteplování. Také není jasné, do jaké míry je cyklus odolný vůči úbytku transpirujícího rostlinstva v důsledku trvalého vnosu toxických a okyselujících látek atmosférickou depozicí. Skutečnost, že hydrologický cyklus se odehrává z hlediska termodynamického daleko od rovnováhy, napovídá, že v další etapě výzkumu bude vhodné užívat pracovních postupů vyvinutých v rámci nerovnovážné termodynamiky. Analýzou produkce entropie při transformaci slunečního záření na teplo je možné identifikovat zdroje chaosu a uspořádanosti v cyklu. Pomocí atraktorů lze najít bifurkační body, v nichž dochází k zásadní změně charakteru dějů z cyklických na chaotické a naopak. Studium podmínek, za nichž vzniká v cyklu nízkoentropická hmota (růst a rozklad půdních organismů a rostlin), umožní odhalit roli historie (zejména přírodního výběru vegetačního krytu) ve vývoji hydrologického cyklu. Poděkování. Naše poděkování patří dlouholetým spolupracovníkům Václavu Eliášovi a Emanuelu Strnadovi, kteří se nedožili dnešních dnů. V současné době probíhající výzkum je podporován Akademií věd ČR (Výzkumný záměr AV0Z ) a Grantovou agenturou ČR (205/05/2312). 146

11 Hydrologický výzkum v povodí Volyňky a autoregulace hydrologického cyklu v povodí Liz LITERATURA ANDĚL J., BALEK J., 1969: Modelování hydrologických řad. Ústav pro hydrodynamiku ČSAV, Praha, 33 s s. obrázky a tabulky. ANDĚL J., BALEK J., 1974: Modelování poruch hydrologických řad pomocí metody demodulace. Ústav pro hydrodynamiku ČSAV, Praha, 36 s. BALEK J., 1968: Studium genese letních vln pomocí matematického modelu. Ústav pro hydrodynamiku ČSAV, Praha, 45 s. BALEK J., 1970: Matematické modelování celoroční vodní bilance. Ústav pro hydrodynamiku ČSAV, Praha, 43 s. BALEK J., 1973: Srážkoodtokový deterministický lineární model druhého řádu. Ústav pro hydrodynamiku ČSAV, Praha, 47 s. BALEK J., 1975: Matematické modelování genese regionálních odtoků a hydrometeorologických stochastických procesů. [Závěrečná zpráva.] Ústav pro hydrodynamiku ČSAV, Praha, 59 s. BALEK J., 2005: Malá povodí jako trvalý zdroj informací. In: Šír M., Lichner Ľ., Tesař M., Holko L. (editoři): Hydrologie malého povodí Vydal ÚH AVČR, Praha, s BALEK J., HOLEČEK J., 1964: Výzkumné a representativní povodí Ústavu pro hydrodynamiku ČSAV na Volyňce: základní údaje. Ústav pro hydrodynamiku ČSAV, Praha, 18 s. BALEK J., KULVEITOVÁ J., 1977: Hydrologický režim reprezentativního povodí Volyňky v období Mezinárodní hydrologické dekády a databanka hodinových čistých dat z tohoto období. Ústav pro hydrodynamiku ČSAV, Praha, 27 s. BALEK J., KULVEITOVÁ J., DOUDĚRA Z., 1977: Výpočet transpirace lesního pokryvu na základě pozorování meteorologických faktorů a možnost aplikace výsledků při regulaci vodního koloběhu. Ústav pro hydrodynamiku ČSAV, Praha, 25 s. + 3 obr. přílohy. BALEK J., PAVLÍK O., DOUDĚRA Z., 1974: Metoda pro přímé měření rychlosti transpiračního proudu ve stromech. Ústav pro hydrodynamiku ČSAV, Praha, 13 s. BALEK J., RÁLKOVÁ J., SLUNÉČKO J., 1965: Použití isotopů pro hydrologická měření. Ústav pro hydrodynamiku ČSAV, Ústav jaderného výzkumu ČSAV, Praha, 20 s. BELMANS C., WESSELING J. G., FEDDES R. A., 1983: Simulation model of the water balance of a cropped soil: SWATRE. J. Hydrol., 63, 3-4, BUCHTELE J., 1995: Simulace změn vodního režimu v povodí českých toků srážko-odtokovým modelem SAC-SMA. Dílčí zpráva úkolů č. 215/95 Impact of Climate Change on Hydrological Regimes and Water Resources in European Community řešeného v rámci programu PECO. Ústav pro hydrodynamiku AV ČR, Praha, 85 s. BUCHTELE J., BUCHTELOVÁ M., FOŘTOVÁ M., TESAŘ M., 1996a: Simulace změn vodního režimu českých povodí podle klimatických scénářů aplikovaných v rámci EU. In: 4. Hydrologické dni. Slovenský výbor pre hydrológiu, Bratislava, s BUCHTELE J., BUCHTELOVÁ M., FOŘTOVÁ M., HERR- MANN A., TESAŘ M., 1999: Runoff changes caused by deforestation and aforestation: Results of monitoring and simulations. In: Vlasák P., Filip P., Chára Z. (editoři): Problems in fluid mechanics and hydrology. Ústav pro hydrodynamiku AV ČR, Praha, s BUCHTELE J., BUCHTELOVÁ M., TESAŘ M., KULASO- VÁ A., 2000: Porovnání simulací vodního režimu v povodích s různými geomorfologickými podmínkami a antropogenním ovlivněním. In: Hydrologické dny 2000 nové podněty a vize pro příští století. ČHMÚ, Praha, s BUCHTELE J., ELIÁŠ V., TESAŘ M., HERRMANN A., 1996b: Runoff components simulated by rainfall-runoff models. Hydrological Sciences J., 41, 1, BURNASH J. C. R., 1995: The NSW river forecast system catchment modelling. In: Singh V.P. (editor): Computer models of watershed hydrology. Water Resources Publications, Colorado, s ČERMÁK J., KUČERA J., NADEZHDINA N., 2004: Sap flow measurements with two thermodynamic methods, flow integration within trees and scaling up from sample trees to entire forest stands. Trees, Structure and Function, 18, ČERMÁK J., NADĚŽDINA N., 2005: Přístrojové metody měření transpiračního proudu a architektury kořenových systémů dřevin. In: Šír, M., Lichner Ľ., Tesař M., Holko L. (editoři): Hydrologie malého povodí Vydal ÚH AV ČR, Praha, s ELIÁŠ V., 1980: Endogenní a exogenní regulátory hydrologického cyklu: dílčí úkol SPVZ II-7-2/6. Ústav pro hydrodynamiku ČSAV, Praha, 81 s. ELIÁŠ V., 1985: Hydrodynamická interakce vegetace a atmosféry jako prvek ovlivňující povrchový odtok. Ústav pro hydrodynamiku ČSAV, Praha, 71 s. ELIÁŠ V. et al., 1987: Hydrometeorologická data povodí Zdíkovského a Adámkova potoka v období Ústav pro hydrodynamiku AV ČR, Praha. ELIÁŠ V. et al., 1991: Hydrometeorologická data povodí Zdíkovského a Adámkova potoka v období Ústav pro hydrodynamiku AV ČR, Praha. ELIÁŠ V., TESAŘ M., 1994a: Cloud-water chemistry and estimated rates of occult deposition in a forested area of the Šumava Mts. (South Bohemia, Czech Republic). In: FRIEND: Flow Regimes from International Experimental and Network Data Proceedings of the Braunschweig Conference. Institute of Hydrology Wallingford, IAHS Press, s ELIÁŠ V., TESAŘ M., 1994b: Horizontal precipitation: The input important from hydrological and ecological point of view. J. Hydrol. Hydromech., 42, 2-3, ELIÁŠ V., TESAŘ M., BUCHTELE J., 1995: Occult precipitation: sampling, chemical analysis and process modelling in the Šumava Mts. (Czech Republic) and in the Taunus Mts. (Germany). J. Hydrology, 166, ELIÁŠ V., TESAŘ M., ŠÍR M., SYROVÁTKA O., 2002: Stabilita a extremalizace hydrologického cyklu pramenných oblastí. In: Patera A., Váška J., Zezulák J., Eliáš V. (editoři): Povodně: prognózy, vodní toky a krajina. Fakulta stavební ČVUT v Praze a Česká vědeckotechnická vodohospodářská společnost, Praha, s FEDERER C. A., 1993: BROOK90 A simulation model for evapotranspiration, soil water and streamflow. USDA Forest Service. Durham, NH, USA. FIŠÁK J., CHUM J., VOJTA J., TESAŘ M., 2001a: Instrument for Measurement of the Amount of the Solid Precipitation Deposit Ice Meter. J. Hydrol. Hydromech., 49, č. 3-4, FIŠÁK J., ŘEZÁČOVÁ D., ELIÁŠ V., TESAŘ M., 2001b: Comparison of pollutant concentrations in fog (low cloud) water in Northern and Southern Bohemia. J. Hydrol. Hydromech., 49, 5, FIŠÁK J., ŘEZÁČOVÁ D., WEIGNEROVÁ V., TESAŘ M., 2004: Synoptic situations and pollutant concentrations in 147

12 M. Tesař, J. Balek, M. Šír fog water samples from the Milešovka Mt. Stud. Geoophys. Geod., 48, FIŠÁK J., TESAŘ M., ŘEZÁČOVÁ D., ELIÁŠ V., WEIG- NEROVÁ V., FOTTOVÁ D., 2002: Pollutant concentrations in fog and low cloud water at selected sites of the Czech Republic. Atmospheric Research, 64, FOTTOVÁ D., 2003: Trends in sulphur and nitrogen deposition fluxes in the Geomon network, Czech Republic, between Water, Soil and Air Pollution, Kluwer Academic Publishers, 150, HANSEN J., 1996: A Pinatubo climate modeling investigation. In: Fiocca, G. et al. (eds.): The Mount Pinatubo eruption: Effects on the atmosphere and climate. NATO ASI Series I: Global environmental change, Vol. 42, Springer Verlag, Berlin Heidelberg New York, s HOLKO L., KOSTKA Z., ŠÍR M., TESAŘ M., PARAJKA J., 2003: Rainfall-runoff relationship and identification of catchment response to climatic forces. In: Holko L. (editor): Proceedings of Workshop on Mountain Hydrology. Bucharest, 26. September, s KLEIDON A., FRAEDRICH K., HEIMANN M., 2000: A green planet versus a desert world: Estimating the maximum effect of vegetation on the land surface climate. Climatic Change, 44, KLEIDON A., LORENZ R. D., 2004: Entropy production by Earth system processes. In: Kleidon A., Lorenz R.D. (eds.) Non-equilibrium thermodynamics and the production of entropy: life, Earth and beyond. Springer Verlag, Heidelberg. LICHNER Ľ., ČIPÁKOVÁ A., DLAPA P., ŠÍR M., TESAŘ M., 2005: Rádioindikátorové metódy využívané v pôdnej hydrológii. In: Šír M., Lichner Ľ., Tesař M., Holko L. (editoři): Hydrologie malého povodí Vydal ÚH AV ČR, Praha, s LICHNER Ľ., HOLKO L., ČIPÁKOVÁ A., ŠÍR M., TESAŘ M., 2004a: New devices and techniques for hydrological observation. In: Proceedings of the British Hydrological Society International Conference Imperial College London July 2004, Hydrology: Science & Practice for the 21st Century: Volume 1, B. Webb (editors), BHS 2004a, s LICHNER Ľ., ŠÍR M., TESAŘ M., 2004b: Meranie retenčnej kapacity pôdy. Acta Hydrologica Slovaca, 5, 2, LOVETT G. M., 1984: Rates and mechanisms of cloud water deposition to a subalpine balsam fir forest. Atmospheric Environment, Vol. 18, 2, LOVETT G. M., REINERS W. A., 1986: Canopy structure and cloud water deposition in subalpine coniferous forests. Tellus 38B, POKORNÝ J., 2001: Dissipation of solar energy in landscape controlled by management of water and vegetation. Renewable Energy, 24, PRAŽÁK J., ŠÍR M., KUBÍK F., TYWONIAK J., ZARCONE C., 1992: Oscillation phenomena in gravity driven drainage in coarse porous media. Water Resour. Res., 28, PRAŽÁK J., ŠÍR M., TESAŘ M., 1994: Estimation of plant transpiration from meteorological data under conditions of sufficient soil moisture. J. Hydrol., 162, PRAŽÁK J., ŠÍR M., TESAŘ M., 1996: Parameters determining plant transpiration under conditions of sufficient soil moisture. J. Hydrol., 183, STRNAD E., TESAŘ M., ŠÍR M., KUBÍK F., 1988: Základní charakteristiky chodu mlhy na Churáňově Meteorologické zprávy, 41, ŠÍR M., KUBÍK F., TESAŘ M., PRAŽÁK J., 1996a: Liquid transport in porous media discontinuous phenomena. Part I: Theory. J. Hydrol. Hydromech., 44, č. 2-3, ŠÍR M., KUBÍK F., TESAŘ M., PRAŽÁK J., 1996b: Liquid transport in porous media discontinuous phenomena. Part II: Examples. J. Hydrol. Hydromech., 44, č. 4, ŠÍR M., LICHNER Ľ., TESAŘ M., 2005: Transpirace rostlin a autoregulace hydrologického cyklu. In: Šír M., Lichner Ľ., Tesař M., Holko L. (editoři): Hydrologie malého povodí Vydal ÚH AV ČR, Praha, s ŠÍR M., TESAŘ M., LICHNER Ľ., SYROVÁTKA O., 2000: In-situ measurement of oscillation phenomena in gravitydriven drainage. In: Eliáš V., Littlewood I. G. (editors): Proc. of the Seventh Conference of the European Network of Experimental and Representative Basins (ERB), Catchment Hydrological and Hydrochemical Processes in Changing Environment, Liblice, Czech Republic, September 22 24, IHP-V, Technical Documents in Hydrology, No. 37, UNESCO Paris, s ŠÍR M., TESAŘ M., LICHNER Ľ., SYROVÁTKA O., 2003a: Klimatická změna a transpirace rostlin. In: Patera A., Váška J., Jakubíková A. (editoři): Workshop 2002 Extrémní hydrologické jevy v povodí. Fakulta stavební ČVUT v Praze a Česká vědeckotechnická vodohospodářská společnost, Praha, s ŠÍR M., TESAŘ M., LICHNER Ľ., SYROVÁTKA O., 2003b: Projev poruch transpiračního chlazení ve srážko-odtokovém vztahu ve vegetační sezóně. In: Patera A., Váška J., Jakubíková A. (editoři): Workshop 2003 Extrémní hydrologické jevy v povodí. Fakulta stavební ČVUT v Praze a Česká vědeckotechnická vodohospodářská společnost, Praha, s ŠÍR M., TESAŘ M., LICHNER Ľ., SYROVÁTKA O., 2004a: Projev klimatické anomálie v odtokových poměrech na povodí Liz. J. Hydrol. Hydromech., 52, 2, ŠÍR M., TESAŘ M., LICHNER Ľ., SYROVÁTKA O., 2004b: Vegetační porost krajiny a vodní hospodářství. Vod. Hospodář., 8, ŠÍR M., VOGEL T., CÍSLEROVÁ M., 1985: Analytické vyjádření retenční křivky a hydraulické vodivosti pórovitého materiálu. Vodohosp. Čas., 33, č. 1, TESAŘ M., 1993: Cloud and fog water deposition in the Šumava Mts. (Czech Republic). A model estimate of water flux and deposition of chemical compounds to montainous spruce stand. Acta Universitatis Carolinae Geologica, 37, TESAŘ M., 1996: Experimental basis and catchments in the Šumava Mts (the Czech Republic). ERB Newsletter, No. 11, TESAŘ M., ELIÁŠ V., ŠÍR M., 1995: Preliminary results of characterization of cloud and fog water in the mountains of Southern and Northern Bohemia. J. Hydrol. Hydromech., 43, č. 6, TESAŘ M., FOTTOVÁ D., ELIÁŠ V., ŠÍR M., 2000a: Occult precipitation as an important contribution to the wet deposition in Bohemian Forest. Silva Gabreta, 4, TESAŘ M., ŠÍR M., 1998: Influence of land use on the water regime of soil in the headwater regions, Czech Republic. In: Haigh M.J., Krecek J., Rajwar G.S., Kilmartin M.P. (editors), Proc. of the Fourth International Conference on Headwater Control Headwater '98, Merano, Italy, April A. A. Balkema, Rotterdam, Brookfield,

13 Hydrologický výzkum v povodí Volyňky a autoregulace hydrologického cyklu v povodí Liz TESAŘ M., ŠÍR M., ZELENKOVÁ E., 2004a: Vliv vegetace na vodní a teplotní režim tří povodí ve vrcholovém pásmu Šumavy. Aktuality šumavského výzkumu II. Vydala Správa NP a CHKO Šumava, Vimperk, TESAŘ M., ŠÍR M., DVOŘÁK I. J., LICHNER L., 2004b: Influence of vegetative cover changes on the soil water regime in headwater regions in the Czech Republic. In: Herrmann, A., Schroeder, U. (editors), Studies in Mountain Hydrology. IHP/HWRP-Berichte, Heft 2, Koblenz, TESAŘ M., ŠÍR M., FOTTOVÁ D., 2005: Usazené srážky a chemismus malého horského povodí. In: Šír, M., Lichner, Ľ., Tesař, M., Holko, L. (editoři): Hydrologie malého povodí Vydal ÚH AV ČR, Praha, TESAŘ M., ŠÍR M., FOTTOVÁ D., 2000b: Long-term fog and cloud water deposition monitoring in the Šumava Mts. (Southern Bohemia, Czech Republic). In: Eliáš V., Littlewood I. G. (editors), Proc. of the Seventh Conference of the European Network of Experimental and Representative Basins (ERB), Catchment Hydrological and Hydrochemical Processes in Changing Environment, Liblice, Czech Republic, September 22 24, IHP-V, Technical Documents in Hydrology, No. 37, UNESCO Paris, TESAŘ M., ŠÍR M., FOTTOVÁ D., 2004c: Usazené srážky jako významný příspěvek k atmosférické depozici ve vybraných horských a urbanizovaných oblastech ČR. In: Šír M., Tesař M. (editoři): Atmosférická depozice Vydal ÚH AV ČR, Praha, TESAŘ M., ŠÍR M., FOTTOVÁ D., FIŠÁK J., ELIÁŠ V., 2001: Cloud and fog water deposition and its hydrological and ecological importance in selected regions of the Czech Republic. In: Schemenauer, R. S., Puxbaum, H. (editors): Proc. of 2 nd Intern. Conf. on Fog and Fog Collection. St. John s, Canada, July 15 20, 2001, TESAŘ M., ŠÍR M., PRAŽÁK J., LICHNER L., 2004d: Instability driven flow and runoff formation in a small catchment. Geologica Acta, 2, 1, TESAŘ M., ŠÍR M., SYROVÁTKA O., PRAŽÁK J., LICH- NER L., KUBIK F., 2001: Soil water regime in headwater regions observation, assessment and modelling. J. Hydrol. Hydromech., 49, 6, VOGEL T., CÍSLEROVÁ M., ŠÍR M., 1985: Věrohodnost nepřímého stanovení hydraulické vodivosti půdního prostředí. Vodohosp. Čas., 33, č. 2, Došlo 21. decembra 2005 Štúdia prijatá 16. februára 2006 HYDROLOGICAL RESEARCH IN THE VOLYŇKA BASIN (BOHEMIAN FOREST, CZECH REPUBLIC) Miroslav Tesař, Jaroslav Balek, Miloslav Šír Fundamental research of the hydrologic cycle in the Czech mountainous areas was established by the Institute of Hydrodynamics (Academy of Sciences of CR) in A broad monitoring network was created in the main Bohemian mountains in order to understand the hydrologic cycle in these areas which are the most important sources of fresh water for the whole country. Our contribution describes experimental network in the Bohemian Forest. The Liz experimental catchment, Zábrod arable land and Zábrod meadow experimental areas are situated in the mountainous and submontane region of the Šumava Mts. (Bohemian Forest). These localities lie in the Vimperk Highlands that extend in its south-eastern part to the Landscape Protected Area and National Park of the Šumava Mts. (Bohemian Forest) and are part of the Moldanubicum metamorphic complex. It is formed mainly by the metamorphosed rocks, paragneiss with smaller injected localities in the northern part of the region. In valley bottoms all bedrock is covered by noncalcic (acid) sediments, in depressions and the middle parts of slopes also by quaternary sediments. The clayey-sandy and sandy-clayey soils of middle depth represent the prevailing soil type. The forest soil type is mainly Eutric Cambisol (Stagno-slightly-gleyic Cambisol, Stagno-gleyic Cambisol, Albic Luvisol). Relatively frequently the soil type is Ferro-humic Podzol. In the valleys close to the water courses Eutric Fluvisol, Gleyic Fluvisol and Eutric Histosol occur. On the highest hilltops Lithosol can be found. Eutric Cambisol, Gleyic Fluvisol and partly also Eutric Fluvisol are agriculturally exploited. The increased amount of precipitation together with lower temperatures has resulted in increased leaching intensity that jointly with an acid reaction causes significant accumulations of acid organic matter on the soil surface. The fleeter granularity composition of the bedrocks of the acid Eutric Cambisol and Ferro-humic Podzol eliminates the influence of the higher amount of precipitation so that the gleyzation does not appear. Only on the bottom part of the slopes and on the platforms with stratified deposited geest rock-forming material is a relatively lower permeable deluvium formed with various stage of gleyzation. Gleyic Fluvisol is significantly influenced by the relief feature and hydrological conditions. The Liz experimental catchment is located in the south-western part of the Vimperk Highland in the basin of the Zdikov brook that flows through the wider meadow depression. In its upper part this brook is formed on the northerly oriented forest slopes, with the Liz experimental catchment here being at a distance of about 4 km from the village of Zdikov in the district of the town of Prachatice. The experimental areas of Zabrod arable land and Zabrod meadow are situated below the forested slopes. The Liz experimental basin is fully forested. Forest cover belongs to the acid spruce beech type. The soil type is the oligotrophic forest Eutric Cambisol. The coordinates are 13º º E and 49º º N. Maximum elevation is 1074 m a.s.l., minimum elevation 828 m a.s.l., mean elevation m a.s.l., average land slope %, catchment length 1.45 km, length of streams 2.28 km. Fig. 2 describes physical geographic situation of the Liz catchment. The Zabrod meadow experimental area is exploited as a permanent meadow. In 1976 the locality was drained by pipe drainage. The soil type is the acid slightly gleyic Eutric Cambisol. The coordinates are 149

14 M. Tesař, J. Balek, M. Šír 13º E and 49º N, elevation is 788 m a.s.l. The Zabrod arable land experimental area was exploited as arable land; now it is covered by permanent grass. In 1976 the locality was drained by pipe drainage. The soil type is the acid podzolic Eutric Cambisol. The coordinates are 13º E and 49º N, and elevation is m a.s.l. The above-mentioned experimental stands are equipped with automatic monitoring stations for the continuous measurements of air and soil temperatures, suction pressures in the soil (water tensiometers), soil moisture and precipitation amount and intensity (rain gauge with a catchment area of 500 cm 2 ). In the closing profile of the Liz experimental catchment the discharge is recorded. Next to this closing profile an automatic monitoring system for the gradient measurement of the heat and water transfer in the surface layer of the atmosphere and soil is installed. The Liz experimental catchment has been included in the GEOMON monitoring network (Geochemical Monitoring Network). GEOMON represents a network of small forested catchments in the territory of the Czech Republic (Fottova, 2003). The monitoring has been coordinated by the Czech Geological Survey since The deposition fluxes of the fifteen major ionic species based on bulk precipitation and throughfall analyses have been calculated for the period. Experimental data describing the hydrologic cycle in the Liz basin coupling between soil water retention, transpiration, water outflow into the subsoil, and soil and air temperature can be summarized as follows: (1) Soil water storage moves between the minimum and maximum value over all the growing seasons Those values did not change at individual sites in the course of many growing seasons. The typical soil water retention capacity (i.e. the difference between maximum and minimum storage) was about mm. (2) The rain, infiltration of which results in exceeding the maximum soil water storage, is always the cause of water outflow from the soil, regardless of the rain magnitude. (3) The limiting value of tensiometric pressure, (below which the water uptake for plant transpiration is impossible), was the same over all the growing seasons. This limiting value was 60 kpa for grass and spruce vegetation. 150