Možnosti dendrochronologie při určení změn reliéfu vyvolaných povodněmi, případová studie Babí potok václav treml Datování erozních akumulačních změn vyvolaných fluviální činností (rozšiřování, zahlubování, překládání koryta vodních toků, vznik nových erozních rýh) je možné detekovat v letokruhové řadě kořenů, případně kmene stromů (Strunk 1997, Gärtner et al. 2001). U většiny dřevin jsou zřetelnější letokruhy formovány spíše v kmeni než v kořenech, což je jistým omezením této metody zejména u erozních procesů, které přímo zasahují kořenový systém. První zjistitelnou formou disturbance z letokruhových řad je přímé mechanické poškození kmene nebo kořene (obr. 10). Při tomto jevu dochází zpravidla k vytvoření tzv. růstové jizvy. V místě růstové jizvy dochází na určitý čas k přerušení tvorby letokruhů. V takovém případě lze zjistit rozdíl mezi počty letokruhů v místě růstové jizvy a ve stejné výšce kmene mimo ní (Schweingruber 1996). Pokud dojde k narušení kořenového systému, resp. odnosu zvětraliny a obnažení kořenů, jsou na letokruhové křivce zasažených kořenů zaznamenatelné poklesy šířek letokruhů (Vandekerckhove et al. 2001). Z letokruhové křivky odumřelého kořene lze po srovnání s letokruhovou křivkou ostatních kořenů určit, kdy došlo k jeho destrukci (např. Klimek a Malik 2005). V případě kořenů bývá bohužel problémem zpravidla špatně zřetelné omezení letokruhů. Reakce na obnažení kořenů se však může projevit například u smrku tím, že u takto zasažených částí kořenů dojde k morfologickým změnám. Tyto změny jsou charakteristické zvýšením počtu buněk a zmenšení jejich velikosti. Zároveň lze sledovat výraznější rozlišení jarního a letního dřeva (Gärtner et al. 2001, Malik 2005). Pokud je zásah do kořenového systému masivní, může se zúžení letokruhů projevit i v kmeni. Typické nivní dřeviny (olše, topoly, vrby) se však vyznačují vysokou rezistencí vůči mechanickému narušení kořenového systému a zpravidla ani na razantní zásahy do svého kořenového systému nereagují zmenšením radiálních přírůstů kmene (Schweingruber 1996). Pokud odnos sedimentu způsobí vychýlení stromu (podemletí břehu apod.) nebo jiný mechanický zásah (mocná akumulace materiálu), může dřevina reagovat na tyto podněty tvorbou reakčního (tenzního nebo kompresního) dřeva. To je svou strukturou (jiný tvar buněk, tlustší buněčné stěny) odlišitelné a tím i na základě přítomnosti v daných letokruzích datovatelné (Schweingruber 1996). Dalším jevem, který se může projevit, je tvorba adventivních kořenů v případě, že dojde k agradaci materiálu na kmen stromu (Friedman et al. 2005, Strunk 1997). Růstové stopy adventivních kořenů (to, z kterého letokruhu vyrůstaly) lze opět zjistit a dle
188 václav treml letokruhů datovat. Zároveň je možné na sedimentem zanesené části kmene zjistit růstové změny (pokles šířek letokruhů, méně výrazné rozdíly mezi jarním a letním dřevem, širší tracheje), které lze opět datovat dle počtu letokruhů, v nichž jsou uvedené změny patrné (Friedman et al. 2005). Změny hydrického režimu (pokles/vzestup hladiny podzemní vody, dlouhodobé zamokření) vyplývající např. z přeložení koryta, mohou být rovněž z letokruhové řady patrné. V případě nivních dřevin zpravidla nehrozí v takovém případě zlepšení jejich růstových podmínek vlivem odstranění stresového faktoru sucha, ale naopak takové změny (horší prokysličení půdy, horší dostupnost živin) působí buď změny ve struktuře letokruhů (méně pórů, Schweingruber 1996), nebo přímé zúžení letokruhů (Bayard et Schweingruber, 1989). Dalším možným přístupem dendrogeomorfologie je přímé určení stáří stromů na tvarech vzniklých povodňovou činností dostaneme tak minimální stáří daného tvaru. Určitým omezením metody je nutnost hledání takových lokalit, ve kterých erozní či akumulační projevy fluviální činnosti nebyly člověkem vzápětí po povodni sanovány. 1. Materiál a metody 1.1 Zájmové území Předkládáná stať je zaměřená na možnosti využití dendrochronologických metod při sledování dynamiky vývoje koryta a nivy v podmínkách povodí Blanice. Celkovým záměrem dendrogeomorfologického výzkumu v povodí Blanice je zjištění, v jakém období došlo k největším erozním a akumulačním událostem v nivě nebo v blízkosti koryt menších vodních toků. Dalším cílem je posoudit, zda tyto události probíhaly spíše synchronně, nebo se jednalo o lokálně a časově omezené jevy, tedy zda byly erozní či akumulační změny vyvolány místními povodněmi, nebo povodněmi plošně rozsáhlými. Dlouhodobým cílem je také zhodnotit, zda měly změny morfologie nivy resp. blízkého okolí koryta vazbu na výrazné proměny využití půdy nebo krajinného pokryvu. Ve studii jsou prezentovány dílčí výsledky dendrogeomorfologického průzkumu horního toku Babího potoka, což je pravostranný přítok Blanice ústící u Bavorova (obr. 1). Změny reliéfu vzniklé v důsledku povodní byly zaznamenány především na jeho horním toku. Na dolním a středním toku protéká Babí potok širší nivou (šířka cca 50 100 m). Koryto má malý spád a nachází se zde dvě malé vodní nádrže. Tyto faktory přispívají k tomu, že v dané části toku nebyly zjištěny akumulační ani erozní povodňové tvary. 1.2 Použité metody Na základě geomorfologického průzkumu byly identifikovány části toku, na kterých došlo vlivem povodní k výrazným morfologickým změnám koryta, nivy, popř. nava-
možnosti dendrochronologie při určení změn reliéfu vyvolaných povodněmi 189 Obr. 1 Přehled zkoumaných lokalit v povodí Blanice. zujících svahů. V takovýchto lokalitách byly analyzovány stromy (zpravidla smrky), které byly erozní událostí zasaženy obnažením kořenového systému. Z těchto stromů byly odebírány z vybraných kořenů dva vývrty, vždy orientované vertikálně. Snaha byla odebrat vzorky z většího počtu kořenů (2 3) z důvodu minimalizace možné chyby. Zároveň u stromů s výrazně narušeným kořenovým systémem byl odebírán vývrt z kmene ve výšce 120 140 cm nad zemí. Rovněž bylo určováno stáří stromů rostoucích přímo na erozním, případně akumulačním povodňovém tvaru s cílem zjistit jeho minimální stáří. Odběr vzorků byl prováděn přírůstovým vrtákem. U každého odebíraného místa byly zaznamenány jeho zeměpisné souřadnice pomocí GPS. Vzorky byly dále vysušeny,
190 václav treml smirkovány a šířka letokruhů byla měřena pod mikroskopem. Stáří erozní události byl určeno dle počtu letokruhů mezi borkou a prvním letokruhem, který vykazoval výraznou změnu v šířce (byl výrazně užší), popř. jiné znaky (rozlišení jarního a letního dřeva v kořenech). Datovány byly také viditelné růstové jizvy. Vždy byl odebrán jeden vývrt z jizvy do dřeňového letokruhu a zároveň ve stejné úrovni vývrt z nenarušené části kmene. Odečtením počtu letokruhů bylo zjištěno období vzniku růstové jizvy. Při určování výšky jizvy nad vodní hladinou při normálním stavu byla výška měřena k hornímu okraji jizvy. Zjištěná stáří erozních událostí byla porovnána s daty kulminací povodní v povodí Blanice. Tato data poskytl ČHMÚ. 2. Výsledky a diskuse 2.1 Stáří erozních jevů Na horní části toku Babího potoka byly zaznamenány výrazné staré erozní události v nivě a na navazujících svazích. Tyto erozní tvary jsou již v současné době sanovány vegetací. Zároveň bylo zjištěné dvoustupňové (složené) koryto toku a četné erozní jevy ve výsepních částech meandrů. U největšího výmolu (výmol 1 viz obr. 1) došlo k odstranění svahovin až do úrovně 2,3 m nad korytem. Plocha výmolu byla odhadnuta na 120 m². K určení doby vzniku výmolu byly odebrány vzorky z báze exponovaných kořenů dvou smrků na horním okraji výmolu. U obou smrků (stáří >100 let) nejvýznamněji poklesla šířka letokruhů před 74 resp. 72 lety (obr. 2, 3). Zároveň na počátku tohoto období došlo k jasnému odlišení jarního a letního dřeva. Obr. 2 Tloušťkové přírůsty u smrku 1, výmol 1, odběr z bazální části kořene. Šedým pruhem je zvýrazněno období výrazně nižšího tloušťkového přírůstu.
možnosti dendrochronologie při určení změn reliéfu vyvolaných povodněmi 191 Obr. 3 Tloušťkové přírůsty u smrku 2 výmol 1, odběr z bazální části kořene. Šedým pruhem je zvýrazněno období výrazně nižšího tloušťkového přírůstu. Zjištěný rozdíl mezi dvěma stromy může být způsoben chybějícími letokruhy u stromu č. 2. Datování této změny by odpovídalo vzniku v roku 1930. V tomto roce byla 1. 5. na profilu Protivín zaznamenána kulminace hladiny Blanice při průtoku 114 m³.s-¹ (ČHMÚ). Obr. 4 Výmol 1, oba datované stromy rostou na hraně výmolu.
192 václav treml Obr. 5 Tloušťkové přírůsty u smrku 6, výmol 2, odběr z bazální části kořene. Šedým pruhem je zvýrazněno období výrazně nižšího tloušťkového přírůstu. Obr. 6 Dvoustupňové koryto Babího potoka. Dále směrem po toku byl zhruba po 100 m zaznamenán další výrazný výmol v pravobřežní části nivy a v navazujícím svahu. Výmol je mělčí (zaříznutí o cca 1 m do svahovin navazujících na nivu) a plošně rozsáhlejší (plocha cca 400 m²). Na jeho dně rostou olše, na stranách pak smrky s obnaženými kořeny. U datovaného smrku byla
možnosti dendrochronologie při určení změn reliéfu vyvolaných povodněmi 193 Obr. 7 Tloušťkové přírůsty u smrku 4, dvoustupňové koryto. Šedým pruhem je zvýrazněno období výrazně nižšího tloušťkového přírůstu. Obr. 8 Tloušťkové přírůsty u smrku 5, dvoustupňové koryto. Šedým pruhem je zvýrazněno období výrazně nižšího tloušťkového přírůstu. zaznamenána největší změna růstu v období před 72 lety (obr. 5). Stáří obou olší se podařilo odhadnou do rozmezí 60 70 let (tvorba méně zřetelných letokruhů u olše omezuje možnosti pro její použití k datování). V celém úseku se nachází výrazné dvoustupňové koryto (obr. 6), kde za normálních vodních stavů teče voda pouze v nižším stupni. Podařilo se zde odebrat jen 3 vyhodnotitelné vzorky. Období snížených radiálních přírůstů kořene zde bylo stanoveno od 20 do 30 let (obr. 7, 8). Při datování ostatních exponovaných kořenů vystavených v korytě byla zachycena značná variabilita změn, která však mohla být způsobena
194 václav treml Obr. 9 Tloušťkové přírůsty u smrku 7, dvoustupňové koryto. Šedým pruhem je zvýrazněno období výrazně nižšího tloušťkového přírůstu. Obr. 10 Výmol 2, datovaný smrk je první zprava, na smrku i olši ve středu výmolu jsou na dolní části kmene viditelné růstové jizvy (označené šipkou).
možnosti dendrochronologie při určení změn reliéfu vyvolaných povodněmi 195 Tab. 1 Růstové jizvy na stromech ve studované lokalitě. Počet letokruhů stromu (stáří) Počet letokruhů zjištěných z růstové jizvy Výška jizvy nad vodní hladinou (cm) 53 51 160 113 111 150 110 108 140 74 72 140 chybou vyplývající ze špatné kvality vzorků (většina kořenů byla již odumřelých). To by odpovídalo postupnému vzniku tohoto koryta, doprovázenému pravděpodobně vždy při vyšších vodních stavech novými erozními událostmi. Dále byly analyzovány 3 menší výmoly na výsepních částech meandrů. Změny v růstové křivce se zde projevily pouze za období 2 let, tj. můžeme se dohadovat, že tyto tvary (i vzhledem k jejich nesanování vegetací a pokračujícím erozním procesům) vznikly při povodni v srpnu 2002. Na základě dvouletého zúžení letokruhů však samozřejmě nelze činit závěry, který faktor k tomu přispěl, nicméně vliv uvedené povodně je velmi pravděpodobný. 2.2 Výška hladiny během povodně v srpnu 2002 V lokalitě byl zjištěn u čtyř stromů v nivě výskyt patrných jizev v borce stromu (obr. 10). Všechny pochází z povodně v roce 2002 (tab. 1). V užší části údolí byla výška růstových jizev nad normální vodní hladinou mírně vyšší, avšak rozdíl 10 20 cm v tomto případě může být náhodný. Růstové jizvy se vytváří mechanickým narušením borky unášenými předměty na hladině (zpravidla dřevem). Narušení však nemusí nutně pocházet z období kulminace průtoku. I tak je však odhadnutá výška vodní hladiny 140 160 cm překvapivě vysoká u toku, který v daném místě při šířce koryta cca 100 200 cm má výšku vodní hladiny za normálního stavu mezi 10 30 cm. 3. Závěr V lokalitě Babí potok byla na relativně malém území zjištěna výrazná dynamika údolního dna. Interpretovat ji lze tak, že obě největší erozní události vznikly zhruba před 73 75 lety, což by mohlo odpovídat povodni v r. 1930. Zcela exaktně toto zatím nelze stanovit, protože letokruhová křivka nebyla podrobena dohledání chybějících letokruhů (v růstově příznivých podmínkách pro smrk však nejsou chybějící letokruhy běžným jevem). Dále se koryto intenzivněji vyvíjelo zhruba od r. 1974/75, kdy vznikal nebo se intenzivněji rozšiřoval vyšší stupeň koryta. Na něm lze dále pozorovat celou řadu erozních jevů, které byly aktivizované povodní v r. 2002. Při ní sahala hladina Babího potoka ve sledované lokalitě až o 160 cm výše oproti normálnímu stavu. Na zkoumaném území se prokázalo, že použitá metoda má potenciál pro to, aby mohlo být jejím prostřednictvím identifikováno minimální stáří zejména erozních
196 václav treml tvarů vytvořených povodněmi. Nejlepší podmínky pro její aplikaci jsou v zalesněných nivách menších vodních toků. U širokých bezlesých niv našich řek většinou přichází v úvahu jen datování vzniku erozních či akumulačních povodňových tvarů na základě stáří stromu na tvaru se vyskytujícím. Většina povodní poškozených stromů totiž v těchto územích je (či v minulosti byla) po povodňové události odstraňována správci toků. Literatura BAYARD, M., SCHWEINGRUBER, F. H. (1989): Ein Baumgrenzstandort: Das Wildwasserbett der Maggia im Tessin, Schweiz. Eine dendroökologische Studie. Bot. Helv. 101, 9 28. FRIEDMAN, J. M., VINCENT, K. R., SHAFROTH, P. B. (2005): Dating floodplain sediments using treering response to Burian. Earth Surf. Process. Landforms 30, 1077 1091. GÄRTNER, H., SCHWEINGRUBER, F. H., DIKAU, R. (2001): Determination of erosion rates by analysing structural changes in the growth pattern of exposed roots. Dendrochronologia 19, 1, 81 91. MALIK, I. (2005): Gully erosion rate by means of anatomical changes in exposed roots tree rings in the Probosczowicka Plateau (southern Poland). In: Rypl, J. (ed): Geomorfologický sborník ČAG 4, České Budějovice, 87 90. KLIMEK, K., MALIK, I. (2005): Geomorphic impact of clearance in the mid-mountains: a large problem in a small catchment; Eastern Sudetes. In: Rypl, J. (ed): Geomorfologický sborník ČAG 4, České Budějovice, 27 30. SCHWEINGRUBER, F. H. (1996): Tree Rings and Environment Dendroecology. Paul Haupt Publisher. Bern. 610 s. STRUNK, H. (1997): Dating of geomorphological processes using dendrogeomorphological methods. Catena 31, 137 151. VANDEKERCKHOVE, L., MUYS, B., POESEN, J., DE WEERDT, B., COPPÉ, N. (2001): A method for dendrochronological assessment of medium-term gully erosion rates. Catena 45, 123 161. Český hydrometeorologický ústav (2005): Kulminace průtoků v povodí Blanice, Manuskript.