Bilanční odhady příspěvku odvodňovacích soustav k průběhu povodní. I. Teorie. František Doležal, Mojmír Soukup, Zbyněk Kulhavý

Transkript

1 Bilanční odhady příspěvku odvodňovacích soustav k průběhu povodní. I. Teorie. František Doležal, Mojmír Soukup, Zbyněk Kulhavý Výzkumný ústav meliorací a ochrany půdy Praha, Žabovřeská 250, Praha 5 - Zbraslav, Česká republika, dolezal@vumop.cz Abstrakt Je předložena ucelená a originální teorie bilančního hodnocení vlivu drenážních systémů na povodňový odtok jako pokus o kvantifikaci dosavadních spíše intuitivních představ o tomto vlivu. Předpokládá se, že hodnocené povodí je malé a homogenní. Není uvažován vliv plnění nebo prázdnění retenčních prostorů. Stranou je také ponechán vliv povrchových příkopů a kanálů. Tím, že část povodí odvodníme drenáží, docílíme toho, že z této části odtéká více vody.to je způsobeno dvěma různými mechanismy: a) odtok ze samotné drénované plochy (autochtonní odtok) se urychlí, b) drenážní systémy stahují z okolních nedrénovaných ploch více vody. Plocha skutečně odvodňovaná je větší než plocha fyzicky zaujímaná drenážními systémy. Je definován součinitel zvýšení odtoku celkového i odtoku autochtonního v důsledku funkce drenážních systémů. Výsledný součinitel zvýšení kvaziustáleného povodňového odtoku je podle této teorie závislý na součiniteli zvýšení autochtonního odtoku a na hustotě drenážních systémů (podílu drénovaných ploch na ploše povodí). Nedostatek srovnatelných pozorování, např. funkce povodí nebo jeho části před odvodněním a po jeho vybudování, lze do jistě míry nahradit použitím simulačního modelu DRAINMOD, ve kterém se alternativně buď počítá nebo nepočítá s přítokem cizích vod. Při vyhodnocování měřených i simulovaných odtokových řad je nutno separovat a hodnotit pouze situace povodňové, kdy odtoky přesahují určitou mez. Tento článek je první částí zamýšlené širší práce a nejsou v něm uvedena žádná data. Prezentace dat a kvantitativní závěry bude předmětem druhé části práce. Úvod Extrémní povodně, které postihly východní část České republiky v roce 1997, byly podnětem k rozsáhlé syntéze (Hladný aj. 1998), ve které se mj. objevilo souhrnné konstatování o vlivu odvodňovacích systémů na zemědělských půdách na povodně (tamtéž, resp. též Janeček a kol. 1998; Soukup aj. 1998), které v nejstručnější podobě zní takto: "Z provedené analýzy vyplývá, že drenážní odtok může činit 2-5 % kulminačních povodňových průtoků v recipientech odvodnění. Za mimořádné povodňové situace systematické odvodnění nepřispělo v podstatné míře ke kulminaci celkového odtoku v hydrografické síti. Rovněž síť odvodňovacích kanálů neměla na kulminaci velkých vod v hydrografické síti podstatný vliv Zvětšení průtoků se projeví v počáteční fázi povodňové vlny, při kulminaci již nepřichází v úvahu." (Hladný aj. 1998, s. 94). Deduktivní postup, na němž bylo toto konstatování založeno, je ve své podstatě bilanční, neboť porovnává množství, resp. intenzitu kvaziustáleného odtoku z části povodí s množstvím, resp. intenzitou kvaziustáleného odtoku z jiné části povodí nebo z povodí jako celku, popř. za jiné situace (např. před odvodněním), aniž se ptá po mechanismech odtoku a jeho genetických složkách. Tento bilanční postup jsme podrobili revizi a reformulovali jsme jej v exaktních termínech. Teoretický rozbor Předpokládáme, že hodnocené povodí je malé a průtokový režim během povodňové situace je kvaziustálený, tj. nepočítáme s výrazným vlivem plnění nebo prázdnění jakýchkoli retenčních prostorů. Uvažujeme jen odvodnění systematickou podpovrchovou (trubkovou) drenáží. Nepočítáme se sporadickými odvodňovacími prvky a stranou ponecháváme vliv povrchových

2 odvodňovacích příkopů a kanálů. Nepočítáme ani se zvláštnostmi povodní vyvolaných táním sněhu a ledu, analýza je však natolik obecná, že základní odtokové procesy za těchto povodní mohou být s její pomocí také popsány. Nedefinujeme, pokud to není nutné, celkové odtoky (průtoky), nýbrž pracujeme přímo se specifickými odtoky. Termín "odtok", pokud u něho nestojí upřesňující přívlastek, zahrnuje jak odtok povrchový či přímý, tak odtok podpovrchový či základní a tam, kde je vybudována drenáž, také odtok drenážní, který ovšem sám může obsahovat dvě až tři složky (Kulhavý aj., 2001). Základní modelová představa je tato: Před odvodněním odtéká za povodně z celého povodí průměrný specifický odtok q 0. Zatím nezkoumáme, zda některá část povodí přispívá k tomuto odtoku více než jiná. Tím, že část povodí odvodníme drenáží, docílíme toho, že z této části odtéká více vody. Předpokládáme, že je to způsobeno dvěma různými mechanismy: a) odtok vody ze samotné drénované plochy (označený jako "autochtonní odtok") se urychlí a přispívá k povodňovému odtoku, zatímco před odvodněním mohla být část této vody dočasně zadržena a odtékat pozvolna až po povodni nebo se vypařit, b) odvodňovací (drenážní) systémy stahují z okolních nedrénovaných ploch vodu, která by zde byla jinak dočasně zadržena a odtékala by pomalu nebo by se vypařila. V důsledku mechanismu b) je plocha skutečně odvodňovaná, A a, větší než plocha drénovaná, A d, tj. plocha, kterou fyzicky zaujímají drenážní systémy. Pokud neprovedeme podrobný hydraulický rozbor, nevíme, jaká je intenzita stahování vody drenáží z nedrénované plochy, a proto je obtížné definovat plochu skutečně odvodňovanou. Určitým vodítkem může být srovnání odtokového součinitele z odvodněných a neodvodněných ploch, takové údaje jsou však zřídkakdy k dispozici. V našem rozboru budeme definovat plochu skutečně odvodňovanou jako plochu, která v případě, že by z ní odtékal autochtonní specifický odtok z drénované plochy q d0, by produkovala stejný celkový odtok, jaký ve skutečnosti produkuje samotná drénovaná plocha. Problém se tím pouze odsouvá do jiné polohy, namísto jedné neměřitelné veličiny, A a, máme jinou neměřitelnou veličinu, autochtonní specifický odtok z drénované plochy, popř., jak je ukázáno dále, součinitel zvýšení autochtonního odtoku v důsledku funkce drenážních systémů. Lze však odhadovat proporce jednotlivých složek odtoku na základě analýzy funkce celého systému. Označme: A t celková plocha povodí (m 2 ), A d drénovaná plocha, tj. plocha, kterou v povodí zaujímají drenážní systémy (m 2 ), A u plocha povodí po odečtení drénované plochy (m 2 ), A a plocha, skutečně odvodňovaná drenážními systémy (m 2 ), DD hustota odvodnění (bezrozměrná), q d celkový specifický odtok z drénované plochy (m.s -1 ), q d0 specifický autochtonní odtok z drénované plochy (m.s -1 ), q u specifický odtok z nedrénované plochy (m.s -1 ), q 0 celkový specifický odtok z povodí, ve kterém nejsou drenážní systémy (m.s -1 ), který je rovněž možno považovat za autochtonní specifický odtok před vybudováním odvodnění, q t celkový specifický odtok z povodí, ve kterém působí drenážní systémy (m.s -1 ), N součinitel dosahu drenážního systému (bezrozměrný), FEF součinitel zvýšení povodňového odtoku v důsledku přítomnosti drenáže (bezrozměrný), α součinitel zvýšení celkového specifického odtoku z drénované plochy v důsledku přítomnosti drenáže (bezrozměrný), α 0 součinitel zvýšení autochtonního specifického odtoku z drénované plochy v důsledku přítomnosti drenáže (bezrozměrný),

3 β součinitel snížení specifického odtoku z nedrénované plochy v důsledku přítomnosti drenážních systémů v jejím okolí (bezrozměrný). Nechť platí následující definice: Nedrénovaná plocha: Au = At (1) Hustota odvodnění: DD = (2) At Dekompozice odtoku z drénované plochy: q d = 0 + ( qu ) Au (3) může být použita jako definice specifického odtoku z nedrénované plochy: q u = ( 0 ) (4) Au Rovnice (3) a (4) říkají, že z drénované plochy odtéká jednak autochtonní odtok q d0, jednak voda stažená ze sousedních nedrénovaných ploch, vyjádřená druhým členem na pravé straně (3). Plocha skutečně odvodňovaná je pak: qu Aa = = + Au 0 0 (5) Součinitel dosahu drenážního systému je Aa N = = 0 (6) Celkový specifický odtok z povodí je: + qu Au qt = = At DD + qu ( 1 DD) (7) Součinitel zvýšení povodňového odtoku je: qt FEF = (8) Součinitel zvýšení odtoku z drénované plochy je: α = (9) Součinitel zvýšení autochtonního odtoku z drénované plochy je: 0 α α0 = = N (10) Součinitel snížení odtoku z nedrénované plochy je: qu ( 0) / Au 0 DD β = = = 1 = 1 ( α α0 ) q q 0 0 Au 1 DD (11) Očekáváme, že v naprosté většině případů budou platit nerovnosti: q q q q q (12) d d0 t Aa A d (13) Z těchto veličin jsou přímo měřitelnými plochy A t, A d, a z nich triviálním způsobem odvoditelné veličiny A u a DD, dále je možno v závěrových profilech nedrénovaných povodí měřit q 0 a obdobně v drénovaných povodích q t (zřídkakdy však máme obojí pro totéž povodí). Drenážní odtok měřený v šachticích nebo na výustích drenážních systémů je dolní mezí 0 u

4 odhadu q d (celkový odtok z drénovaných ploch ovšem zahrnuje i mimodrenážní povrchový a podpovrchový odtok). Zůstávají tak v zásadě dvě přímo neměřitelné a na sobě závislé veličiny: autochtonní odtok z drénované plochy q d0 a skutečně odvodňovaná plocha A a. Tyto veličiny můžeme ve většině případů odhadnout výpočetně pomocí hydraulické teorie působení drenáže v půdě. Všechny veličiny jsou průměrnými, globálními charakteristikami fungování odvodňovacích systémů v povodí za povodní. Všech 15 veličin je pomocí výše uvedených deseti nezávislých vztahů jednoznačně určeno, je-li známa pětice základních veličin. Touto pěticí mohou být např. veličiny A t, A d, q 0, q d a q d0, je však možná i jiná volba. Ve skutečnosti ovšem i tyto základní veličiny mohou být mezi sebou korelovány, zejména omezíme-li se na určité hydrogeologicky, geomorfologicky a kulturně homogenní území, jehož příkladem může být oblast středočeských a českomoravských parovin na krystaliniku. Veličinou pro praktické použití nejdůležitější je součinitel zvýšení povodňového odtoku FEF. Celkový specifický odtok z povodí po odvodnění je, jak vyplývá ze (7), (8), (9) a (11): qt = FEF = DD + qu ( 1 DD) = α DD + β (1 DD) (14) z čehož vyplývá pro FEF vztah: FEF = α DD + β ( 1 DD) (15) neboli, s využitím vzorců na pravé straně (10) a (11): DD FEF = α DD + 1 ( α α0 ) (1 DD) = 1 DD (16) DD = α0 N DD + 1 α0 ( N 1) (1 DD) = 1 (1 α0 ) DD 1 DD Poslední vzorec na pravé straně je nadějný, neboť umožňuje odhadnou účinek drenáže na základě jediného součinitele, totiž α 0 (DD je známou veličinou). Kdyby před odvodněním odtékalo z povodí stejné množství vody jako po odvodnění, bylo by: q t = q 0 (18) a tudíž také: FEF =1 (19) Podle posledního z vzorců (16) by k tomu stačilo, aby bylo: α 0 = 1 (20) Na ploše, které již je drénována a pro kterou známe jen specifický odtok po výstavbě odvodnění, tedy q t, můžeme odvodit specifický odtok před výstavbou odvodnění q 0, pokud jsme schopni odhadnout některou z veličin FEF, α 0 nebo q d0. Všimněme si, že při tomto postupu zdánlivě vypadává ze hry celkový specifický odtok z drénovaných ploch q d, ten je ale důležitou pomůckou při odhadu FEF, α 0 a q d0. Opačně, je-li nějaké povodí dosud neodvodněno, můžeme měřit q 0 a z něho můžeme výše popsaným postupem odvodit specifický odtok po odvodnění q t. Připomeňme, že se neustále jedná o povodňové kvaziustálené odtoky, nikoli o průměrné dlouhodobé odtoky. Odhad autochtonního odtoku z drénovaných ploch Autochtonní specifický odtok z drénovaných ploch, q d0 může být odhadnut pomocí kombinace hydraulického modelování a přímého měření. Tak např. hydraulický simulační model funkce drenážního systému DRAINMOD (Skaggs, 1980; Anonym, 1994) je založen na podrobném hydraulickém rozboru proudění podzemní vody k soustavě ekvidistantních rovnoběžných trubkových drénů a bere v úvahu též jednorozměrný (svislý) pohyb v nenasycené zóně půdy (infiltraci a kapilární vzlínání), odběr vody kořeny rostlin a retenci vody na povrchu půdy. Mj. umožňuje také jednoduchým způsobem modelovat přítok cizích vod jako interakci (průtok kolektorem s volnou hladinou) mezi drénovaným pozemkem a fiktivní vodní nádrží umístěnou opodál. Parametry definující tuto interakci jsou hydraulická

5 výška vody ve fiktivní nádrži, vodorovná hydraulická vodivost půdy a podložní vrstvy, mocnost podložní vrstvy a vzdálenost nádrže od okraje drénované plochy. Hodnoty parametrů DRAINMODu, ač se jedná o fyzikálně podložený model s parametry částečně distribuovanými (alespoň ve svislém směru) můžeme do jisté míry kalibrovat srovnáním výstupů simulace s měřenými drenážními odtoky a hladinami podzemní vody. DRAINMOD vedle drenážního odtoku poskytuje na výstupu i povrchový odtok z drénované plochy. Pokud přijmeme zjednodušující předpoklad, že podzemní voda do drénovaného území pouze přitéká a nikdy z něho neodtéká jinudy než drenážním systémem, je možno součet povrchového odtoku a drenážního odtoku, simulovaných DRAINMODem, považovat za odhad celkového odtoku z drénovaných ploch, tedy q d. Provedeme-li nyní navíc s DRAINMODem paralelní simulaci s týmiž parametry půdy, počasí a drenážního systému, ale s vyloučením přítoku cizích vod, dostaneme odhad autochtonního odtoku z drénovaných ploch q d0, opět jako součet povrchového odtoku a drenážního odtoku. Diskuse Vzhledem k omezenému rozsahu tohoto příspěvku bude ověření teorie a její aplikace publikováno zvlášť. Zde se pouze omezíme na diskusi využitelnosti a možností teorie. Hlavním rysem výše uvedené teoretické analýzy je, že se vztahuje jen ke kvaziustálené povodňové situaci. Při její aplikaci na časovou řadu drenážních odtoků je proto nutno z úplných časových řad vybrat povodňové situace (v případě řady středních denních odtoků povodňové dny), kdy je odtok z drenážního systému vyšší než zvolená prahová hodnota. Protože vždy srovnáváme, resp. dáváme do poměru data nejméně ze dvou různých odtokových řad, je nutno rozhodnout, která z těchto řad je referenční, tj. rozhodující pro výběr povodňových situací. Vzhledem k tomu, že nám jde o chování reálně existujících drenážních systémů, doporučujeme, aby za referenční byla zvolena řada drenážních odtoků bud měřených, nebo simulovaných s uvážením všech reálných vlivů, tj. například včetně přítoku cizích vod. Období, které je povodňové vzhledem k referenční odtokové řadě, pak musí být považováno za povodňové i u všech dalších srovnávaných řad. Slovo povodňové je ve vztahu k těmto datům právem dáno do uvozovek, neboť se většinou jedná o situace s průtoky sice vysokými, nikoli však takovými, které by mohly ve sledovaných malých povodích způsobit výrazné škody. Při skutečně extrémních průtocích hraje hlavní roli povrchový odtok, zatímco drenážní odtok je shora omezen hydraulikou pohybu vody v půdě i hydraulikou drenážního potrubí (Doležal aj., 1999, 2001). Situace, které analyzujeme v tomto článku, mohou působit škody ve větších povodích, pokud srážky je způsobující mají regionální charakter a podobné množství vody přitéká ze všech nebo z většiny podpovodí. Vliv drenážních systémů na povodňové průtoky v tocích je za těchto situací největší, a právě proto se jimi zabýváme. Je nasnadě, že kvaziustálené povodňové situaci nejspíše odpovídají hodnoty získané pro vysoké prahové průtoky a že tedy nejlepší odhad součinitele zvýšení odtoku z drénované plochy α podle (9) nebo součinitele zvýšení autochtonního odtoku z drénované plochy α 0 podle (10) získáme jako přibližnou limitu posloupnosti příslušných poměrů pro prahový průtok blížící se maximálnímu možnému. Jde zde především o poměr celkového odtoku z drénované plochy k autochtonnímu odtoku z téže plochy, který je podle (6) roven součiniteli dosahu drenážního systému N. Tento poměr může být, jak je naznačeno výše, odhadnut pomocí modelu DRAINMOD jako poměr celkového odtoku ze simulačního běhu s přítokem cizích vod k celkovému odtoku ze simulačního běhu s vyloučeným přítokem cizích vod. Celkový odtok simulovaný DRAINMODem v řadě případů splývá s drenážním odtokem, neboť simulovaný povrchový odtok bývá často nulový a podzemní odtok z drénované plochy mimo drenážní potrubí není DRAINMODem vůbec simulován. Obtížnější je odhad množství vody, které by odtékalo z

6 plochy, dnes drénované, kdyby na ní odvodnění nebylo vybudováno, tedy hodnoty q 0. Průměrný poměr měřených drenážních odtoků z drenážního systému, který zaujímá jen malou část povodí, k odtokům z celého povodí bývá obvykle podstatně vyšší, než skutečný součinitel zvýšení odtoku z drénované plochy α podle (9), neboť odvodněné (drénované) plochy se prakticky vždy nacházejí v místech, kde se odtok soustřeďuje a byly by vyšší i bez umělého odvodnění. Při nedostatku lepších údajů lze přijmout předpoklad, že poměr specifického odtoku ze zamokřených (potenciálně odvodnitelných) ploch ke specifickému odtoku z celého povodí je přibližně stejný jako součinitel dosahu drenážního systému, tj. že zamokřená a dosud neodvodněná plocha soustřeďuje vodu zhruba ze stejně velkého území jako tatáž plocha po odvodnění. Tímto součinitelem dosahu drenážního systému tedy musíme vydělit získané poměry odtoků z drenážních systémů k odtokům z celého povodí, abychom se dobrali aspoň zhruba realistických odhadů součinitele zvýšení odtoku z drénované plochy α. Dopouštíme se přitom drobné metodické chyby, jejíž význam zatím zanedbáváme, totiž že srovnáváme odtok z drénovaných z ploch s odtokem celého povodí, které je již drénováno, zatímco metodicky správnější by bylo srovnávat je s odtokem z povodí nedrénovaného. Odhady součinitel zvýšení autochtonního odtoku z drénované plochy α 0 podle (10) se pak získají, tak, že se výsledné hodnoty vydělí součinitelem dosahu drenážního sytému N ještě jednou. Vychází tak: q 1 α d 0 2 qb N (20) kde q d je průměrný povodňový specifický odtok z drenážních systémů a q b je s ním současný průměrný povodňový specifický odtok z celého povodí. Povodňové odtoky můžeme vybrat ze souvislé časové řady odtoků způsobem naznačeným výše, tj. jako průměry odtoků vyšších než zvolený práh. Uvedené odhady spolu se znalostí hustoty odvodnění umožňují odhadnout součinitel zvýšení povodňového průtoku v důsledku přítomnosti drenážních systémů FEF pomocí vzorce (16). Hustota odvodnění pro jednotlivá povodí podle hydrologického pořadí může být snadno odvozena z alfanumerické databáze Územního informačního systému o hydromelioračních stavbách, provozovaného Zemědělskou vodohospodářskou správou (Kulhavý aj., 2000). Závěry Tento článek je první částí práce, na jejímž základě je hodnocen vliv drenážních systémů na povodňové průtoky. Již v předchozích pracích bylo konstatováno, že tento vliv je malý a za extrémních povodní zanedbatelný. Na takto formulovaném kvalitativním závěru není třeba nic měnit a zkušenosti z dalších extrémních povodní v roce 2002 jej potvrzují. Poněvadž však v tomto článku nejsou prezentována data, nečiníme zde žádné kvantitativní závěry a odkazujeme na druhou část práce, která se rovněž připravuje k publikaci. Prezentovaná teorie je založena na řadě zjednodušujících předpokladů, jak je to popsáno v úvodu tohoto článku. Nejdůležitější jsou předpoklady kvaziustálenosti povodňových průtoků a homogenity povodí. Podobnými nedostatky ovšem trpí i řada jiných postupů směřujících k odhadu vlivu odvodnění na povodně. Je to dáno prostě tím, že přírodní podmínky i technické řešení odvodňovacích systémů jsou velmi různorodé a posoudit všechny jednotlivé případy je technicky i finančně neúnosné. Spolehlivé závěry lze proto získat jedině tak, že výsledky různých teorií a postupů budou dány do souvislosti a ukáže se, že se v dostatečné míře shodují. Teorie popsaná v tomto článku je originálním, pravděpodobně vůbec prvním pokusem o kvantifikaci dosavadních spíše intuitivních úvah. Může být dále doplněna o uvážení vlivu plnění a prázdnění různých retenčních prostorů (např. tak, jak to provedli Spitz a Prudký (2001) a předpoklad prostorově homogenního povodí může být nahrazen prostorově rozčleněným řešením v rámci geografického informačního systému.

7 Poděkování Tento příspěvek byl zpracován při řešení projektu GA ČR 103/99/1470 "Extrémní hydrologické jevy v povodích". Závěrečná redakce byla provedena v rámci etapy 14 výzkumného záměru VÚMOP č. MZE-M , nazvané Komplexní výzkum interakcí mezi půdou, vodou a krajinou v podmínkách malých povodí. Literatura ANONYM DRAINMOD User's Guide, version 4.0, June 1994, United States Department of Agriculture, Natural Resources Conservation Service, DOLEŽAL, F., SOUKUP, M., KULHAVÝ, Z. Poznámky k hydrologii drenážního odtoku. Vědecké práce VÚMOP Praha, sv. 11, 2000, s ISSN 1210_1672. DOLEZAL, F., KULHAVY, Z., SOUKUP, M., KODESOVA, R. Hydrology of tile drainage runoff. Physics and Chemistry of the Earth, Part B: Hydrology, Oceans & Atmosphere, sv. 26, 2001, č. 7-8, s ISSN HLADNÝ, J., BLAŽEK, V., DVOŘÁK, V., KUBÁT, J., ŠVIHLA, V. Vyhodnocení povodňové situace v červenci Souhrnná zpráva projektu. Praha: Ministerstvo životního prostředí ČR, 1998, 163 s. JANEČEK, M. a kol. Vliv stavu a využívání krajiny na povodňovou situaci. Souhrnná zpráva za dílčí úkol 5.2. projektu "Vyhodnocení povodní 1997". Praha: VÚMOP Praha, 1998, 162 s. KULHAVÝ, Z., DOLEŽAL, F., HAVEL, M., SOUKUP, M. Identifikace a kategorizace zemědělských odvodňovacích soustav v povodí Orlice. In Orlice Jablonné n.o: Sdružení obcí a měst Orlice, Orlická hydrogeologická společnost, KULHAVÝ, Z., DOLEŽAL, F., SOUKUP M. Separace složek drenážního odtoku a její využití při klasifikaci existujících drenážních systémů. Vědecké práce VÚMOP Praha, 2001, sv. 12, s ISSN SKAGGS, R.W. Drainmod, Reference Report, USDA - SCS, South National Technical Center, Fort Worth, TX, USA, SOUKUP, M., FÍDLER, J., KULHAVÝ, Z. Vliv melioračních opatření na retenční potenciál krajiny, maximální odtok a průběh povodní. Zpráva za etapu dílčího úkolu 5.2 "Vliv stavu a využívání krajiny na povodňovou situaci". Praha: VÚMOP Praha, 1998, 33 s. + příl. SPITZ, P., PRUDKÝ, J. Metodika výpočtu retence povodí při povodních. Uživatelský výstup projektu NAZV EP 9153 Hodnocení vodní retenční kapacity půd a krajiny při povodni a možnosti jejího zvyšování. Praha: VÚMOP, s., 10 příl., ISSN Water balance-based estimates of the contribution of drainage systems to the passage of floods. I. Theory. Abstract A consistent and original theory of water balance-based evaluation of the effect of drainage systems on flood runoff is presented in an attempt to quantify existing, rather intuitive concepts relating to this effect. It is assumed that the catchment to be evaluated is small and homogeneous. The effect of filling or emptying of retention volumes is not considered. The influence of open ditches or canals is also set aside. Building drainage in a part of the catchment means to enhance runoff from this part. The enhancement is caused by two different mechanisms: a) runoff from the drained area itself (autochthonous runoff) is speeded up, b) the drainage systems abstract additional water from adjacent undrained areas. The area actually drained is larger than the area which the drainage systems physically occupy. The factors of total runoff and autochthonous runoff enhancement due to the operation of drainage systems are defined. The results factor of quasi-steady flood runoff enhancement depends, according to this theory, on the autochthonous runoff enhancement factor and on the drainage

8 density (the proportion of drained areas to the catchments area). The lack of comparable observations, e.g., of undrained catchment behaviour with a behaviour of the same catchment when a part of it has been drained, can be to some extent compensated by using the simulation model DRAINMOD, in which the inflow of external water is alternatively admitted or excluded. The flood situations can be extracted from measured or simulated runoff series by separation of only those runoff rates that exceed a certain threshold. This paper is a first part of an intended larger work and does not present any data. The data presentation and quantitative conclusions will be a subject of the second part of the work.