Příspěvek k hydrologické analýze povodí U Dvou louček v Orlických horách Vladimír Švihla / 1 - Vladimír Černohous / 2 - Zbyněk Kulhavý / 3 - František Šach / 2 1 / Správa chráněné krajinné oblasti Český kras, 267 18 Karlštejn 85, tel.: 311 681 713, Česká republika, E-mail: ckras@iol.cz 2 / Výzkumný ústav lesního hospodářství a myslivosti, Jíloviště-Strnady, 156 04 Praha 5 - Zbraslav, výzkumná stanice Opočno, tel.: 494 668 391, Česká republika, E-mail: sach@vulhmop.cz 3 / Výzkumný ústav meliorací a ochrany půdy Praha, Žabovřeská 250, 156 27 Praha 5 - Zbraslav, pracoviště Pardubice, tel.: 466 310 265, E-mail: kulhavy@hydromeliorace.cz Abstrakt Experimentální lesní povodí U Dvou louček v Orlických horách slouží ke komplexnímu výzkumu prostředí a obnovy lesních porostů v imisní oblasti. Jedním z podkladů k nápravným opatřením je i poznání změn srážko-odtokových procesů. Po vytěžení smrkového porostu se zvětšilo zamokření lokality, jehož příčiny měl objasnit hydropedologický průzkum. U rašelin a podzolů je příčinou přítok cizích podzemních vod z výše ležícího okrsku hnědých lesních půd, který je vyvolán hydrogeologickou strukturou polohy vrstev svorů a dvouslídných rul. Naopak hnědé lesní půdy mohou trpět občasným nedostatkem vláhy vzhledem k hluboko zakleslým hladinám podzemních vod. Proudění podzemní vody půdními vrstvami je dynamické, protože lesní půdy jsou zde propustné, s vysokou infiltrační schopností, bez znaků oglejení nebo glejových procesů. Ve srážko-odtokovém procesu hraje podstatnou roli retenční kapacita lesních půd. Ta reguluje 80-90 % objemu odtoku 1-letých velkých vod, přičemž je využita přibližně z 1/5. Zamokřené okrsky rašelin a podzolů vysokou hladinou podzemních vod první zvodně vyžadují sporadické odvodnění otevřenými příkopy, které bylo experimentálně provedeno v červenci 1996.
Úvod Cílem statě je přispět k poznání funkce lesní půdy v povodí U Dvou louček v Orlických horách v procesu tvorby srážko-odtokového vztahu ve vrcholových partiích Orlických hor. Základ velkých povodňových epizod vzniká právě zde a úloha lesních porostů a zvláště lesních půd v tomto procesu je podstatná. Obecnější pohled na tento jev obsahuje studie Lesy a povodně (KREČMER A KOL., MŽP ČR 2003). Předkládaná stať navazuje na tuto publikaci studií lokálních projevů obecnějších procesů v experimentálním povodí. Popis povodí Povodí U Dvou louček v Orlických horách je základní experimentální plochou pro hydrologický výzkum v podmínkách vrcholové oblasti Orlických hor. Rozloha geografického povodí je 32,6 ha, nadmořská výška 880 950 m n. m., s průměrem 920 m n. m. Zalesněná plocha buko smrkovým porostem je 5,7 ha (17,5 %), zbytek je imisní holina s různověkou smrkovou monokulturou se zakmeněním 0,7. Povodí zahrnuje lesní typy 7 K 3, 7 P 1, 7 T 1 a je tvořeno půdními typy humusový podzol, hnědá a šedá lesní půda a rašelina. Geologický podklad tvoří jádro orlicko kladské klenby, horninový soubor je tvořen především plástevnatou dvouslídnou rulou proterozoického stáří a svory série stroňské. Kvartérní pokryv je tvořen deluviálními a fluviodeluviálními písčitými hlínami až jílovitými hlínami s vysokou příměsí horninového skeletu (20-50 %). Mocnost kvartérního pokryvu je 1 2 m. Z hydrogeologického hlediska patří povodí ke krystaliniku Orlických hor. Horniny charakterizuje nízká až střední puklinová propustnost a průměrná propustnost kvartérního pláště. Ve vrcholové partii povodí je hladina vod zaklesnutá několik metrů pod povrchem terénu, odkud část infiltrované vody na příčných tektonických hranicích svorů a rul, které působí jako hydraulické bariéry, se vzdouvá do půdního profilu, ve vlhkých periodách až k půdnímu povrchu. Na tektonických zlomech vznikají také četné přirozené pramenní vývěry. Podrobnosti obsahuje Hydrogeologický průzkum na lokalitě Říčky v Orlických horách U Dvou louček (ŠEDA, 2003). Dlouhodobé roční průměry činí u ovzdušných srážek 1350 mm, u odtoků 910 mm a u územního výparu 440 mm (ČERNOHOUS, 2003). Vodoteč odvodňující povodí je přítokem Anenského potoka v povodí Říčky. Průměrná roční teplota činí 1 4 ºC.
Materiál a metoda Snahou řešitelů bylo přispět k objasnění úlohy lesní půdy experimentálního povodí na srážko odtokový proces. Za základ byla zvolena metoda hydropedologického průzkumu. Celkově bylo vykopáno 24 půdních sond, vzorky byly odebrány z osmi sond, a to celkem 24 Kopeckého válečků a 14 porušených vzorků půd. Odebrané vzorky reprezentují charakteristické horizonty půdního profilu, které nejvýznamněji ovlivňují transport vody v povodí. Stanoveny byly hlavní mechanické, fyzikální a hydrofyzikální vlastnosti půd a vybrané hydrolimity. Pro dynamické projevy odtokového procesu v půdě bylo použito rozborů hydrogramů povodňových vln. Větší množství vzorků k rozborům nebylo možno odebrat pro značnou kamenitost lesních půd studovaného povodí (průměrně 50 %) a pro vysokou hladinu vody v sondách, často až k povrchu půdy. Obraz půdních poměrů doplňují vpichy sondovací tyčí a 6 vystrojených hydrogeologických vrtů o hloubce 10 12 m. V laboratoři byly standardními metodami zjišťovány tyto charakteristiky půd: pórovitost (celková, kapilární, nekapilární a semikapilární), objemová hmotnost, zrnitost a zdánlivá hustota pevné fáze, hydrolimity (maximální kapilární vodní kapacita dle Nováka, bod vadnutí technickou metodou dle Váši), charakteristiky provzdušenosti půd, stanovena byla retenční čára vlhkosti. Terénními zkouškami byla stanovena infiltrační schopnost půd a odvozena byla hydraulická vodivost. Retenční křivka vlhkosti půd byla pro analytická řešení aproximována dle rovnice van Genuchtena (optimalizací čtyř parametrů). Pro vymezení pohyblivosti vody v půdě byly definovány dvě složky retenční kapacity: retenční kapacita dynamická a statická. Retenční kapacita půdy dynamická [RK (d)] vyjadřuje součtový objem gravitačních a část semikapilárních pórů v půdě. Stanovena je jednak výpočtem z celkové pórovitosti na základě výsledků úplného hydrofyzikálního rozboru neporušených vzorků (viz tři kategorie pórovitosti, kdy se přičítají semikapilární póry v celkovém objemu), jednak vyjádřením z retenčních křivek. Z tohoto důvodu jsou v Tab. 1 uvedeny vždy dvě hodnoty. Plná vodní kapacita (PVK, která prakticky odpovídá pórovitosti) byla stanovena metodou podle Nováka při úplném fyzikálním rozboru neporušených vzorků a současně u vzorků pro stanovení retenčních čar vlhkostí. Maximální kapilární vodní kapacita (MKVK), která jako laboratorně stanovená charakteristika odpovídá přibližně polní kapacitě (PK, tj. charakterizuje maximální množství zavěšené vody v profilu, resp. kategorie půdní
vody na rozhraní gravitační a kapilární) byla stanovena pro jílovité půdy v rozmezí 2,0 pf 2,3; pro hlíny pf = 1,5; pro hlínu písčitou 1,3 pf 2,0; pro měl pf= 1. Tyto hodnoty byly autory statě samostatně stanoveny porovnáním z fyzikálních rozborů a z retenčních křivek. Bylo při tom přihlédnuto k rozsáhlým údajům z literatury, které jsou ovšem zásadně rozdílné (téma přesahuje rámec této stati). Retenční kapacita půdy statická [RK (st)] byla stanovena jako hodnota objemové vlhkosti půdy při hydrolimitu MKVK zmenšená o hodnotu objemové vlhkosti půdy při hydrolimitu bodu snížené dostupnosti (BSD), např. dle Sekery (SEKERA, 1938) odpovídá pf 3, resp. dle ČSN 750145 odpovídá pf=2,8 až 4,0. Tento bod charakterizuje přibližně konec pohybu vody v půdě působením kapilárních sil. Uvedený postup je modifikací Mařanem používaného pojmu užitečné dešťové kapacity (UDK - MAŘAN, 1947), kterou odvozoval jako rozdíl vlhkosti při MKVK a bodem trvalého vadnutí, jejž stanovoval násobkem čísla hygroskopicity. Stanovený rozdíl v objemových vlhkostech přepočetl potom na užitečný objem vody v půdě v mm, kdežto objem vody pod bodem trvalého vzdmutí nazýval vodou v půdě neužitečnou. Z hlediska dynamiky vody v půdě je však důležitá kategorie vody pohyblivé v půdě působením kapilárních sil, což je modifikace Mařanova přístupu Švihlou (ŠVIHLA, 2004). Popsané vztahy jsou graficky vyjádřeny diagramem na Obr.1 Obr.1 Definice retenčních kapacit pomocí kategorií pórovitosti a hodnot, odečtených z retenčních křivek, porovnání s hydrolimity. Pozn.: silná svislá tečkovaná čára vyjadřuje rozmezí nejednoznačnosti při stanovení. Charakteristika: pf (retenční kř.) P (pórovitost) RK (retenční kap.) pf=0 2,0-2,3 1,5 1,3-2,0 1,0 G gravitační SK semikapilární D dynamická pf=3 pf=4,18 K kapilární S statická voda pevně vázaná PVK PK MKVK BSD H y d r o l i m i t BV
Koeficient nasycené hydraulické vodivosti byl odvozen z měření infiltrace v terénu a kontrolován výpočtem z drenážních koeficientů µ a zrnitostních křivek. Výsledky průzkumu Jako charakteristické byly vybrány dvě sondy: S 6, S 10. Popis sond a jejich charakteristiky obsahuje Tab. 1 a 2, Obr. 2 5. Obr. 6 7 znázorňují charakteristiky jednotlivých horizontů. Symboly: MKVK - maximální kapilární vodní kapacita dle Nováka RK (d) - retenční kapacita dynamická RK (st) - retenční kapacita statická K - koeficient nasycené hydraulické vodivosti pf - dekadický logaritmus sacího tlaku, vyjádřeného v cm vodního sloupce BSD - bod snížené dostupnosti (hydrolimit) BV - bod vadnutí (hydrolimit) PVK - plná vodní kapacita (hydrolimit) PK - polní kapacita (hydrolimit) Tab. 1 Popis půdních horizontů sondy S-6. Hydrofyzikální charakteristiky půdy (Humusový podzol na červené rule; lokalita U Dvou louček ). 0 3 Drn, zbytky kořenů trav, rezavá drť, F m horizont 12 20 Černý, prokořeněný vlhký surový humus, měl, hydrogenní horizont humusový O h Hlinitá, černo-šedavě hnědá zemina, kyprá, vlhká, obohacená humusem, hydrogenní humózní horizont Ah n 32 HPV Šedivá hlinitá zemina, slehlejší, vlhká, zrnitá, štěrkovitost 30 %, podzolizací ochuzený horizont E p Okrová zrnitá zemina, provlhlá, skelet 30 50 mm 3 5 %, drobný štěrk 30 %. Kambický rubifikovaný horizont Bv
(100) Červená rula, navětralá, C d horizont Horizont / Parametr jíl <0.002mm I. kategorie / 1 II. kat. III. kat. IV. kat. klasifikace jednotka % hm. Novák Kopecký trojúhel./ 2 Oh Ah n Ep Bv h = 3-12 cm 12-20 cm 20-32 cm 32 + cm 12,0 9,5 9,6 34,3 20,1 20,9-28,9 19,4 22,1 8,2 11,7 13,2 28,6 48,7 43,9 (surový humus) hlinitá hlína jemně písčitá prachovitá hlína písčitohlinitá písek hlinitý písčitá hlína písčitohlinitá písek hlinitý písčitá hlína pórovitost % obj. 88,2 56,5 53,2 39,3 MKVK % obj. 77,5-80,0 51,6-51,0 49,0-50,0 32,0-32,2 RK (d) % obj. 10,7-8,2 4,9-5,5 4,2-3,2 7,3-71 RK (s) % obj. 37,6-40,1 10,0-9,4 9,6-10,6 8,4-8,6 K m.d -1 3,0 0,3 0,1 0,5 Retenční křivka pf: % obj. vzorek 154 4437 574 54 1,0 1,48 1,78 2,00 2,31 2,61 82,1 75,1 70,6 64,6 56,6 47,5 53,7 52,9 52,3 51,6 50,0 46,8 50,9 50,3 49,7 49,2 48,0 44,5 34,4 32,8 31,9 31,3 30,1 27,3 BSD 3,00 39,9 41,6 39,4 23,6 3,31 3,48 34,4 31,9 36,7 33,7 32,2 29,8 19,6 17,8 BV 4,18 23,1 24,9 19,2 13,2 Pozn.: / 1 kategorie I. až IV. podle Kopeckého / 2 zatřídění dle trojúhelníkového diagramu zrnitosti půd (NRSC USDA) Tab. 2 Popis půdních horizontů sondy S-10. Hydrofyzikální charakteristiky půdy (Šedá lesní půda na rule; lokalita U Dvou louček ). 0 Drn promíšený zbytky organické hmoty, rezavá drť, F m horizont 12 18 Tmavě černý prokořeněný, vlhký měl, horizont O h hydrogenní humusový 25 Hnědočerná zemina, vlhká, záteky humusu, plastická, Ah n horizont Bělavě šedá, ostře ohraničená zemina, vlhká, zrnitá. Do hloubky 50 cm skelet 30 %, ve spodině 50 % balvany až 10 x 20 x 5 cm. Kambický horizont B (šedý).
80 HPV 100 C d horizont - šedá navětralá rula Horizont / Parametr jíl <0.002mm I. kategorie / 1 II. kat. III. kat. IV. kat. klasifikace jednotka F m O h Ah n B (v) h = 0-12 12-18 18-25 25 100 8,0 4,5 14,5 23,7 41,7 24,1 16,3 11,9 27,5 40,3 % hm. 8,0 28,7 46,4 14,3 10,6 Novák Kopecký trojúhel./ 2 písčitohlinitá hlína prachovitá hlína hlinitopísčitá hlína jemně písčitá hlína písčitohlinitá hlína jemně písčitá písčitá hlína pórovitost % obj. 75,1 75,3 36,2 MKVK % obj. 66,0-64,4 60,2 28,3-28,2 RK (d) % obj. 9,1-10,7 15,1 7,9-8,0 RK (st) % obj. 19,6-18,0 (32,9) 8,7-8,6 K md -1 1,0 0,3 0,4-0,6 Retenční křivka pf: 1,0 1,48 1,78 2,00 2,31 2,61 vzorek 4438 56 (629) 4503 66,7 (62,6) 31,1 63,7 (60,2) 28,2 62,8 (57,0) 27,1 61,6 (51,8) 26,0 58,7 (42,4) 24,8 52,7 (35,5) 22,7 BSD 3,00 46,3 (27,3) 19,6 3,31 3,48 41,3 38,8 (23,7) (22,3) 16,0 13,7 BV 4,18 30,0 (18,9) 11,6 Pozn.: / 1 kategorie I. až IV. podle Kopeckého / 2 zatřídění dle trojúhelníkového diagramu zrnitosti půd (NRSC USDA)
Obr. 2 Křivky zrnitosti jemnozemě I. (do 2mm) Poznámka: Použity symboly podle Němečka a kol. (2001) 100 Povodí U Dvou louček Sonda S-6 80 Obsah zrn v [% sušiny] 60 40 Ahn 12-20cm 20 Ep 20-32cm Bv 32+ cm 0 0.001 0.01 0.1 1 10 Průměr zrna v [mm]
Obr. 3 Retenční křivky vlhkosti po vyrovnání funkcí VAN GENUCHTENA Povodí U Dvou louček Sonda S-6 Vlhkost půdy v [ % objemových ] 100 80 60 40 Oh 3-12cm Ahn 12-20cm Ep 20-32cm Bv 32+ cm 20 0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 Logaritmus sacího tlaku [ pf ] Obr. 4 Křivky zrnitosti jemnozemě I. (do 2mm) Poznámka: Použity symboly podle Němečka a kol. (2001) Povodí U Dvou louček Sondy S-10, S-22 100 80 Obsah zrn v [% sušiny] 60 40 S-10: Oh 12-18cm 20 S-10: Bv 25-100 cm S22: Ahn 3-55cm 0 0.001 0.01 0.1 1 10 Průměr zrna v [mm] Obr. 5 Retenční křivky vlhkosti po vyrovnání funkcí VAN GENUCHTENA
80 Povodí U Dvou louček Sondy S-10, S-22 S-10: Oh 12-18cm S-10: Bv 25+ cm 60 S-22: Ahn 30-55cm Vlhkost půdy v [ % objemových ] 40 20 0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 Logaritmus sacího tlaku [ pf ] Prostorové rozložení půdních typů je zobrazeno v mapě (Obr. 8). Půdní typy humusový podzol a rašelina sledují v obecné rovině geologické podloží svorů a půdní typ hnědá (šedá) humózní lesní půda podloží rul. Mapa půdních typů jasně určuje stupně zamokření experimentální lokality: extrémní zamokření po velkou část roku vykazují rašeliny (hladina vody v půdě sahá často až k povrchu terénu), silně zamokřené půdy jsou na humusových podzolech (hladina vody velkou část roku 10 30 cm pod terénem) a sušší oblast tvoří hnědé šedé lesní půdy (hladina vody mimo pramenní vývěry několik m pod terénem). Výsledky hydropedologického průzkumu byly doplněny parametry z rozboru hydrogramů povodňových vln (Tab. 3). Hydrogramy byly rozčleněny metodou lineárních nádrží na složky celkového odtoku, územní výpar byl vypočten jako součet intercepce a evapotranspirace během povodňových vln. Objem dynamické retence je roven objemu hypodermického a základního odtoku výtokové větve povodňové vlny bez povrchového odtoku. V levé části tabulky je vyjádřena situace v období před vybudováním příkopového systému odvodnění, v pravé části je analyzován stav po provedení odvodnění.
Obr. 6 Křivky zrnitosti jemnozemě I. (do 2mm) pro typické horizonty Obsah zrn v % sušiny 100 80 60 40 20 S-14: Oh S-6: Ahn S-10: Ahn S-14: Ahn S-22: Ahn S-23: Ahn S-19: Ahn S-6: Ep S-24: Ep S-6: Bv S-10: Bv S-19: Bv S-24: B S-24: Cd 0 0.001 0.01 0.1 1 10 Průměr zrna v [mm] logaritmická stupnice osy Obr. 7 Retenční křivky vlhkosti po vyrovnání funkcí VAN GENUCHTENA pro typické horizonty 100 80 Povodí U Dvou louček Oh-154 Oh-4438 Oh(Ts)-3 Ahn-4437 Ahn-4973 Ahn-629 Ahn-571 Ep-574 B-4503 Bš-54 Bš-585 Bš-4241 Ep-2238 Vlhkost půdy v [ % objemových ] 60 40 20 0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 Logaritmus sacího tlaku [ pf ]
Obr. 8 Situační vymezení půdních typů S-1 &\ R4 N S-2 S-3 0 50 100 Meters R1 &\ S-5 S-26 S-22 S-4 S-25 S-6 R3 &\ S-24 S-13 S-12 S-18 S-11 S-10 S-9 S-14 S-17 S-19 S-16 S-15 S-20 R2 &\ S-7 S-8 R5 &\ S-21 LEGENDA &\ Hydrogeologický vrt Vpich sondýrkou Kopaná sonda Půdní typ podzol organozem šedá a hnědá lesní půda S-23
Tab. 3 Porovnání hydrogramů odtokových vln (metodou hydrologické bilance), údaje v mm. Před odvodněním Po odvodnění Parametr objem poznámky objem poznámky Hs Q(P) Ú(v) Inf Q(PP) 39,0 0,0 5,9 33,1 12,8 HS - Q(P) - Ú(v) 46,5 2,7 9,5 34,3 8,3 Q(Z) RK(d) RK(st) Σ R Z 20,3 29,4 0,0 29,4 5,9 Použité symboly: HS Q(P) Ú(v) Inf Q(PP) Q(Z) Q(PP) + Q(Z) - ε (ε = 3,7 mm) R(d) + R(st) Ú(v) + RK(st) - úhrn přívalové srážky - objem povrchového odtoku - objem územního výparu - objem vody infiltrované do půdy - objem hypodermického odtoku - objem základního odtoku RK (d) - retenční kapacita půdy dynamická RK(st) - retenční kapacita půdy statická Z DA 8,1 13,2 17,9 31,1 27,4 - ztráta = objem vody trvale zadržený v povodí - detence (1) 39, 0 = 33,1 + 5,9 + 0 mm HS = Q + Ú(v) + R(st) (2) 46,5 19,1 + 9,5 + 17,9 mm 100 41,1 20,4 38,5 % (odečte se Σ Q(PP) + Q(Z) do kulminace, RK(d) jen výtok po kulminaci) ε Σ Q do kulminace = 3,2 mm zadrženo v době kulminace na povrchu povodí (vč. DA + voda v hydrografické síti) Ú(v) + RK(st) Výsledky práce Přehled typických charakteristik lesních půd v povodí U Dvou louček je uveden v Tab. 4 a 5. Z údajů je jasně patrno, že jde o půdy převážně hlinitopísčité, v některých (Bv) horizontech až jílovité. Z hlediska dynamiky půdní vody jde o půdy propustné, s vysokou infiltrační kapacitou. V půdních profilech nejsou patrny žádné charakteristiky transportu živin či látek. Ačkoliv okrsek humusového podzolu vykazuje vysokou hladinu podzemních vod, nikde nemá známky glejových procesů. Jde tedy zřejmě o vodu v půdě pohyblivou, nikoliv stagnující. Z výzkumů provedených Kantorem (KANTOR, 1995) je zřejmé, že pohyb vody v povodí je v
90 100 % půdou a jejím podložím. Povrchově odtéká z povodí jen nepatrné % ovzdušných srážek. Retenční křivky odpovídají logice charakteristik půdních horizontů a křivkám zrnitosti půd (Obr. 2 7). Infiltrační kapacita povrchové vrstvy lesních půd je průměrně 2 mm. min -1 a infiltrační kapacita lesních půd jako celku je v průměru 0,36 mm. min -1. Půdy v povodí U Dvou louček jsou značně kamenité (až 50 %) a nehomogenní. Povrch území je významně ovlivněn předchozí těžbou smrkového porostu, četně se vyskytují výmoly a deprese rozměrů průměru 0,5-1,0 m a hloubky až 0,3 m.. Na boulovitém charakteru mikroreliéfu terénu se v této vrcholové poloze podílejí také časté vývraty jednotlivých stromů i jejich skupin, zejména smrku, ale i osamocených buků. Důležitým cílem průzkumu bylo stanovit retenční kapacitu lesních půd v povodí U Dvou louček. Hodnoty tohoto parametru jsou dle půdních horizontů v Tab. 5. Výsledky analýzy jsou logické, odpovídají známým fyzikálním zákonitostem. Pro porovnání výsledků analýzy je nutno srovnat dva vzorové profily stejné mocnosti a objemové % vlhkostí přepočítat na mm vodního sloupce (Tab. 6). Jak je patrné, retenční kapacity půd se zde příliš neliší. Otázkou je, jak se RK uplatní při povodňových situacích. Na tuto otázku dává odpověď Tab. 3. Z ní lze odečíst, že sumární retence srážkové vody půdou při dvou povodňových situacích byla 29,4 a 31,1 mm, t.j. přibližně 22 % RK (celkem) z Tab. 6. Tab. 6 Retenční kapacita dle půdních typů (porovnání vzorových profilů) Podzol horizont: O h Ah n Ep (Bv) Mocnost profilu mm 90 80 120 710 Redukce na RK (d) RK (st) RK (celkem) kamenitost mm mm - - 30 % 35 % Σ 1.000 52 83 135 Hnědá lesní půda humusová horizont: O h Ah n (Bš) 180 70 750 - - 50 % 14 5 27 53 14 26 67 19 53 Σ 1.000 46 93 139 7 5 7 33 27 16 8 32 34 21 15 65
Tab. 4 Přehled typických charakteristik půdních horizontů povodí Tab. 5 Vyjádření retenční kapacity typických půdních horizontů povodí viz samostatný soubor Wordu Toto důležité číslo vyjadřuje, že při studovaných povodňových situacích byla RK (celková) využita půdou z necelé 1/4. Záleží to na nasycenosti půdy vodou před srážkovými epizodami a na charakteru přívalových srážek. Uvedená skutečnost též vypovídá o charakteru vsaku srážkové vody do půdy. Celý proces je charakterizován vysokým objemem vsaku do svrchních velmi propustných vrstev půdy (55 a 86 mm), které rozdělují vsáklou vodu do sítě makropórů ve spodních vrstvách půdy (horizontech B). Odtud potom jednak odtéká z gravitačních pórů hypodermickým a základním odtokem, jednak se stabilně v půdě zadržuje v pórech kapilárních, které se z makropórů sytí. Vliv počáteční vlhkosti půdy je jasně patrný z údajů Tab. 3. Při první vlně byla půda téměř kapilárně nasycena (RK(st) 0), při druhé vlně byly naopak částečně nasyceny i póry gravitační. Je téměř vyloučeno, aby RK půd byla někdy využita plně. Schopnost lesní půdy zadržovat vodu je základem pro řešení dalších důležitých otázek. Půdní okrsky s humusovým podzolem a rašelinou rozhodně nedostatkem vláhy netrpí. Naopak přebytek vody v aerační vrstvě půdy sytí po velkou část roku kořenovou vrstvu rostoucích dřevin vodou z vysoko položené hladiny podzemní vody první zvodně, což je způsobeno přítokem podzemních vod z výše ležícího okrsku hnědých lesních půd. Zde je proto na místě snížení hladiny podzemních vod odvodněním otevřenými příkopy. Bylo provedeno sporadické odvodnění sítí příkopů. Podrobnosti uvádí ČERNOHOUS (2003). Sporadické odvodnění je plně funkční a účinné, při čemž je k lesní vegetaci plně šetrné. V současné době probíhá na ploše povodí U Dvou louček komplexní výzkum srážkoodtokových vztahů s cílem stanovení vlivu sporadického odvodnění na vodní režim malého lesního povodí. Podrobné hodnocení sporadického odvodňovacího systému otevřenými příkopy bude předmětem další studie. Naopak občasným nedostatkem vláhy v půdě trpí pravděpodobně lesní porosty na okrsku hnědých (šedých) lesních půd. Hladina podzemní vody je zde zakleslá několik m pod terénem (ŠEDA, 2003), a proto v delších obdobích sucha při poklesu hladiny podzemní vody pod 1,2 1,3 m je lesní vegetace na tomto typu lesních půd odkázána na zásobení vodou převážně jen ovzdušnými srážkami, při čemž důležitou roli hraje RK(st) retenční kapacita hnědé lesní půdy statická (kapilární) (ŠVIHLA, 2004). Ta se zde pohybuje v průměru kolem 90 mm v okrsku možného vzlínání a při průměrné evapotranspiraci smrkové lesní kultury 2 mm.d -1
(KANTOR, 1995) postačí její kapacita přibližně asi 40 45 dní zásobit lesní porost půdní vodou pro evapotranspiraci. Nasycení hnědé lesní půdy na MKVK vodou přichází však v úvahu pouze po vsaku zimních srážek do půdy nebo po dlouhotrvajících, vydatných srážkách malé intenzity v letním období. Při rozboru povodňové vlny z 1. 7. 1997 dotace RK(st) byla 38,5 % spadlých srážek, t. j. 17,9mm, což činí 19 % průměrné retenční kapacity statické v povodí U Dvou louček na hnědých lesních půdách. Celková infiltrace srážkové vody do půdy byla 34,3 mm (73,8 % srážek), při čemž odteklo z půdy celkem 16,4 mm (35,3 % srážek). Retenční kapacita je důležitým parametrem pro studium vodního režimu lesních půd. Plný obraz o funkci retence vody v půdě se však dostane pouze vyhodnocením plnění a prázdnění retenčního prostoru pro půdní vodu během roku. Důležitou informaci o tomto procesu poskytuje měření vlhkosti půd. Diskuse a závěry 1) Charakter lesních půd v povodí U Dvou louček odpovídá výsledkům jiných průzkumů v Orlických horách (PELÍŠEK, 1961; KANTOR, 1995). Jde o půdy nehomogenní propustné a vzdušné, silně kamenité s různým stupněm zamokření. Hnědé lesní půdy bez přítoku cizích vod mají vodní režim závislý na ovzdušných srážkách, rašelina a podzoly jsou zamokřeny přítokem cizích vod. Vodní režim minerálních lesních půd je zde dynamický, půdy jsou propustné, bez znaků oglejení nebo glejových procesů. 2) Ve srážko-odtokovém procesu hraje podstatnou roli retenční kapacita lesních půd. Ta reguluje podle výsledků rozborů povodňových vln 80 90 % objemu odtoku přibližně 1- letých velkých vod, při 19 22% využití retenční kapacity sledovaných lesních půd. 3) Zamokření lesních půd v okrscích rašelin a podzolů je způsobeno přítokem cizích podzemních vod. Podzemní vody však podzoly proudí, jde o dynamický proces, protože lesní půdy jsou zde propustné. Stagnující zamokření vykazují rašeliny. Extrémně vysoké hladiny podzemních vod je nutné regulovat sporadickým odvodněním a tím upravit podmínky pro růst porostů buku a smrku. 4) Kapilární půdní zóna má pro hnědé lesní půdy význam jako zásobárna podzemní vody pro suchá období. Výsledky příspěvku byly získány na malém lesním povodí v horské oblasti. Úkolem práce bylo otevřít problémy výzkumu vodního režimu místních lesních půd a poukázat na některé směry řešení. Použitý způsob využití retenčních křivek ke stanovení retenční kapacity půd
vyžaduje širší ověřování. Teprve výsledky systematických měření v terénu mohou zdokonalit naše představy o hydrické funkci lesních půd v obdobných podmínkách. Lze však odůvodněně potvrdit, že význam funkce lesních půd při tvorbě vodního režimu lesních porostů je vysoký a specifický. Poznání této funkce je pro obnovu lesních porostů na imisní holině U Dvou louček mimořádně významné. Literatura ČERNOHOUS V. Vliv obnovy hydrografické sítě devastované při imisních těžbách na odtokový proces. Písemný rozbor literatury pro státní doktorskou zkoušku. ČZU, Lesnická fakulta ČZU v Praze, 2003, 47 s. ČERNOHOUS V. Změny hladiny podzemní vody v zamokřeném povodí U Dvou louček po hydromelioračním zásahu. In: Hlavní úkoly pěstování lesů na počátku 21. století. Sborník z 5. česko-slovenského vědeckého symposia. Křtiny, MZLU-LDF v Brně, 2004. ISBN 80-7157- 778-2, s.321-330 KANTOR P. Vodní režim smrkových a bukových porostů jako podklad pro návrh druhové skladby vodohospodářsky významných středohorských lesů. Habilitační práce. MZLU, Fakulta lesnická a dřevařská v Brně, 1995, 332 s. - příl. 32 tab. KREČMER V. a kol. Lesy a povodně. Souhrnná studie. Národní lesnický komitét a MŽP ČR v Praze, 2003. ISBN 80-7212-255-X, 48 s. MAŘAN B. Vliv porostů a reliefu na rendziny Karlštejnska. Sborník VÚL Sv.2., 1947 NĚMEČEK, J. a kol. Taxonomický klasifikační systém půd České republiky. ČZU Praha, 2001. ISBN 80-238-8061-6, 79 s. PELÍŠEK, J. Posuzování retenčních schopností lesních půd v oblasti ČSR. Lesnícky časopis, 6, 1960, č. 4, s. 204 212. PELÍŠEK, J. Půdní poměry lesních rezervací a okolních hospodářských lesů v Orlických horách. Lesnictví, 6, 1960, č. 4., s. 295-312 PELÍŠEK, J. Atlas hlavních půdních typů ČSR. SZN Praha, SVPL Bratislava, 1961, 442 s. PELÍŠEK, J. Půdy Orlických hor a přilehlé podhorské oblasti (ČSSR). Lesnictví, 19, 1973, č. 2, s. 97-130. SEKERA F. Statik und Dynamik des Bodenwassers. Bodenk. und Pflanzenernährung 6/51, 1938. s. 288-312 ŠEDA S. Hydrogeologický průzkum na lokalitě Říčky v Orlických horách - U Dvou louček. Závěrečná zpráva. OHGS Ústí nad Orlicí, 2003, 12 s. - 19 příl. ŠVIHLA V. Příspěvek k řešení problému vzlínání podzemní vody na povodí U Dvou louček v Orlických horách. Zprávy lesnického výzkumu, VÚLHM Jíloviště-Strnady (v tisku), 2004. ISSN 0322-9688 ČSN 75 0145 Terminologie v pedologii, 28 s.
Poděkování Příspěvek byl zpracován s finančním přispěním GA ČR, projektu 526/02/0851 Horské lesní ekosystémy a jejich obhospodařování s cílem tlumení povodní a MZe ČR, výzkumného záměru MZE 0002070201 Stabilizace funkcí lesa v biotopech narušených antropogenní činností v měnících se podmínkách prostředí, výzkumného projektu Vliv prostředí na obnovu lesa. Abstract Contribution to a hydrology analysis of U Dvou louček Experimental Forest Catchment in the Orlické hory Mts. The experimental forest catchment named U Dvou louček is placed in the Orlické hory Mts. and it serves to complex research of environment and regeneration of forest stands in the region with air pollution. After salvage cuttings of declined and died spruce stands the waterlogging on the catchment increased. The important base for restoration measures is to know changes of precipitation runoff processes. The causes of that enlarged waterlogging are explained by implementation of hydropedological survey. The cause of waterlogging Histosol and Podzol districts consists in inflowing water from ambient upper lying district of Cambisol. The inflow is induced by hydrogeological structure of placing mica schist and gneiss layers. In opposite, the Cambisol can suffer from intermittent shortage of water in solum due to deeply declined level of groundwater. The groundwater flow through soil layers is dynamic, because the forest soils are permeable, with high infiltration rate, and without gleying or gley process. Precipitation runoff process is substantially influenced by retention capacity of forest soils. That capacity controls 80-90% of one-year stormflow volume, in the process the retention capacity is used from about 1/5. The Histosol and Podzol districts waterlogged by high groundwater level of the first aquifer require sporadic drainage by open ditches, which were carried out experimentally in June, 1996. forest hydrology, experimental catchment, soil water, retention capacity, flood runoff