VÝZNAM EVAPOTRANSPIRACE V HYDROLOGICKÉ BILANCI MALÉHO POVODÍ

UNIVERZITA KARLOVA V PRAZE Přírodovědecká fkult Ktedr fyzické geogrfie geoekologie Studijní progrm: Geogrfie Studijní obor: Geogrfie krtogrfie Jitk KOFROŇOVÁ VÝZNAM EVAPOTRANSPIRACE V HYDROLOGICKÉ BILANCI MALÉHO POVODÍ THE ROLE OF EVAPOTRANSPIRATION IN HYDROLOGICAL BALANCE OF SMALL CATCHMENT Bklářká práce Vedoucí práce: RNDr. Zdeněk Kliment, CSc. 2014

Zdání bklářké práce Název práce Význm evpotrnpirce v hydrologické bilnci mlého povodí Cíle práce Cílem práce je porovnt různé metody tnovení ložky evpotrnpirce zhodnotit roli evpotrnpirce v hydrologické bilnci mlého povodí. Použité prcovní metody, zájmové území, dtové zdroje Práce bude zhrnovt rešeršní plikční čát. Rešeršní čát bude změřen n definici různých typů evpotrnpirce ovlivňující fktory, n metody určení evpotrnpirce, způoby tnovení evpotrnpirce využitím dotupných hydrologických modelů. Vybrné metody výpočtu evpotrnpirce budou plikovány n mlá povodí v loklitě experimentálních povodí Zbytiny v prmenné oblti Blnice. Ke zprcování budou využit vltní dt z utomtických měřících tnic umítěných v tomto území. Zdáno: 17. 12. 2013 Vedoucí práce: RNDr. Zdeněk Kliment, CSc. Student: Jitk Kofroňová 2

Prohlášení Prohlšuji, že jem tuto práci n tém Význm evpotrnpirce v hydrologické bilnci mlého povodí vyprcovl mottně n zákldě použitých zdrojů. V Roovicích, 18. 5. 2014 Jitk Kofroňová 3

Poděkování Rád bych poděkovl RNDr. Zdeňku Klimentovi, CSc. z cenné rdy připomínky při vyprcování této práce. Dále děkuji Mgr. Václvu Královci z pokytnutí některých dt potřebných pro zprcování témtu. 4

Abtrkt Tto bklářká práce využívá potřebnou odbornou literturu k vyvětlení pojmu evpotrnpirce. Z velké čáti e tké zbývá vybrnými metodmi jejího výpočtu. Aplikční čát je změřen n klkulci evpotrnpirce těmito metodmi zhodnocení její velikoti v zájmovém území. Práce je plikován n povodí Zbytinkého potok. V tomto území je loklizováno několik měrných tnic, jejichž dt byl pro výpočty využit. Účelem je určení míry evpotrnpirce její význm v hydrologické bilnci tohoto povodí. Klíčová lov: evpotrnpirce, výpočet evpotrnpirce, hydrologická bilnce povodí Abtrct Thi bchelor thei ue needed profeionl literture to explin the concept of evpotrnpirtion. The big prt del with choen method of it determintion. Appliction prt i focued on clcultion of evpotrnpirtion with thee method nd on evlution of it intenity in re of interet well. The thei i plicted on ctchment of the Zbytiny trem. In thi re i locted couple of meuring ttion which were ued for meurement of pecific dt needed for clcultion. The purpoe i determintion of intenity of evpotrnpirtion nd it importnce in hydrologicl blnce of thi ctchment. Key word: evpotrnpirtion, the clcultion of evpotrnpirtion, hydrologicl blnce of ctchment 5

Obh 1. Úvod cíle... 9 2. Evpotrnpirce... 10 2.1 Evporce, trnpirce, intercepce... 10 2.1.1 Evporce... 10 2.1.2 Trnpirce... 11 2.1.3 Intercepce... 12 2.2 Typy evpotrnpirce... 12 2.2.1 Aktuální evpotrnpirce... 12 2.2.2 Potenciální evpotrnpirce... 13 2.2.3 Referenční evpotrnpirce... 13 2.3 Fktory ovlivňující evpotrnpirci... 13 2.3.1 Sluneční záření... 14 2.3.2 Rychlot větru... 14 2.3.3 Teplot vzduchu... 14 2.3.4 Vlhkot vzduchu... 14 2.3.5 Chrkter vypřujícího povrchu... 15 2.3.6 Vegetce... 15 2.4 Metody určení evpotrnpirce... 16 2.4.1 Přímé... 16 2.4.2 Nepřímé... 16 2.4.2.1 Rovnice výpočty... 16 2.4.2.1.1 Penmnov rovnice... 17 2.4.2.1.2 Penmn-Monteithov rovnice... 17 2.4.2.1.3 Shuttleworth-Wllceov rovnice... 18 2.4.2.1.4 Pritley-Tylorov rovnice... 19 2.4.2.1.5 Hrgreveov rovnice... 20 2.4.2.1.6 Hrgreve-Smniho rovnice... 20 2.4.2.1.7 Oudinov rovnice... 20 2.4.2.2 Hydrologické modely... 21 2.4.2.2.1 SWIM... 21 2.4.2.2.1.1 SWAT... 22 2.4.2.2.1.2 MATSALU... 22 6

2.4.2.2.2 BROOK90... 23 2.4.2.2.3 BILAN... 23 2.4.2.3 Hydrologická bilnce... 24 3. Studovné území dt... 26 3.1 Zákldní údje... 26 3.2 Klimtické poměry... 27 3.3 Hydrologické poměry... 27 3.4 Půdní poměry... 28 3.5 Biogeogrfie vegetční poměry... 28 3.6 Změny krjinného pokryvu... 28 3.7 Stnice... 29 3.7.1 Dt... 29 4. Metodik... 30 4.1 Výpočet rdiční bilnce (Rn)... 30 4.2 Výpočet pychrometrické kontnty (γ)... 32 4.3 Výpočet klonu křivky npětí vodních pr při dné prům. denní teplotě vzduchu ( )... 32 4.4 Výpočet empirické funkce (E )... 32 4.5 Výpočet erodynmického odporu (r )... 32 4.6 Výpočet povrchového odporu (r )... 33 4.7 Tok tepl do půdy (G)... 33 5. Výledky dikue... 35 6. Závěr... 42 7. Použité zdroje... 43 7

Seznm tbulek grfů Obrázek 1: Poloh zájmového území Tbulk 1: Zákldní vybrné údje experimentálních povodí Tbulk 2: Roční výšk evpotrnpirce dle jednotlivých metod Grf 1: Průměrné denní úhrny rážek v hydrologickém roce 2011/12 Grf 2: Průměrné denní teploty v hydrologickém roce 2011/12 Grf 3: Chod evpotrnpirce počítnými metodmi v hydrologickém roku 2011/12 Grf 4: Mír ET v týdnu největším ytotním doplňkem Grf 5: Chod ET v týdnu největšími hodnotmi extrteretrické rdice Grf 6: Chod teploty v týdnu největší extrteretrickou rdicí roku Grf 7: Chod ET v týdnu největšími teplotmi roku Grf 8: Srovnání roční míry ET celkovou roční ET zíknou oučtem denních ET 8

1. Úvod cíle Evpotrnpirce je důležitou oučátí proceů v povodí. Je význmnou ložkou hydrologické bilnce protředí vhodným ukztelem pro poouzení vláhových poměrů. Při zkoumání množtví vody n celkové ploše povodí, je evpotrnpirce bezeporu jedním z nejdůležitějších činitelů. Vzhledem ke vé důležitoti v hydrologii krjiny bylo vyvinuto mnoho nh n zhodnocení míry evpotrnpirce okolnotí tohoto jevu. Tto práce e nejdřív zbývá právě těmito obecnými vyvětleními pojmu evpotrnpirce, jejích oučátí typů tké fktorů, které ovlivňují její intenzitu. Je důležité pochopit, co tento jev znmená, co způobuje čím je způoben. Jelikož e touto témtikou zbývlo mnoho vědců, je tto čát popán pouze tručně. Cílem plikční čáti této práce je zjitit, jk velkou roli hrje evpotrnpirce v hydrologické bilnci mlého povodí. Evpotrnpirce je počítán pomocí několik vybrných metod, které jou tké porovnávány mezi ebou. Těchto metod exituje nepočet, proto jou zde vybrány jen zákldní dále metody, které vznikly jejich modifikcí jou čto využívány v hydrologických modelech. Vybrné hydrologické modely, které jou v práci tké popány, e v této oblti nbízejí v budoucnu k využití. Metody určení evpotrnpirce jou zde porovnávány zhodnoceny podle jejich vhodnoti pro využití v zájmové oblti. Evpotrnpirce e zjišťuje tké přímým měřením, tím e všk tto práce nezbývá. V práci budou krátce zmíněny údje o zájmovém území, které e nchází v okree Prchtice je jím povodí Zbytinkého Tetřívčího potok v podhůří Šumvy. V této oblti e nchází několik měřících tnic, ze kterých zíkáme potřebná dt. Smotná evpotrnpirce je počítán pouze pro povodí Zbytinkého potok. V metodice je nutno zprcovt dodtečné výpočty některých prmetrů, které jou pro motnou klkulci rovnic důležité. Tto bklářká práce bude loužit jko určitý zákld pro nvzující mgiterkou práci. T by měl být změřen n využití výše zmíněných hydrologických modelů v této oblti. 9

2. Evpotrnpirce Evpotrnpirce oznčuje celkový výpr z krjiny. Jde tedy o fyzikální proce přeměny z kplné fáze n plynnou. Evpotrnpirce je důležitou oučátí hydrologického cyklu podílí e tktéž n hydrologické bilnci území. Přená hodnot evpotrnpirce e zjišťuje velice obtížně, je závilá n mnoh fktorech. Stnovuje e přímo i nepřímo. Její velikot e obvykle vyjdřuje v milimetrech z určitou čovou jednotku. Hodnot znčí množtví vody ztrcené z určitého území (Allen kol., 1998). 2.1 Evporce, trnpirce, intercepce Název evpotrnpirce vznikl jko kombince 2 mottných proceů evporce trnpirce. Jelikož trnpirce m o obě není příliš ndno zjititelná, proto je lepší přenější ji měřit polečně evporcí jko evpotrnpirci (Jone, 1997). 2.1.1 Evporce Evporce m o obě je ložitým přírodním jevem závilým n mnoh fktorech. Jde o výpr vody z povrchu, tedy z půdy, z vodní plochy, ze ztvěného území či přímo vypřování intercepční vody. Jde tedy o přímý výdej půdní vody, který e vyjdřuje výškou loupce vody v mm. Proce e dá přirovnt k obchodní trnkci, kdy povrch odpřuje vodu zíkává z to energii (Monteith, 1967 in Penk, 1985). N celý proce přeměny vody v páru je zpotřebí určitá energie, kterou zjišťuje převážně luneční záření teplot okolního vzduchu (Allen kol., 1998). Muí e ovšem brát v úvhu výpry z různých druhů povrchů, které jou závilé n různých fktorech. Při výpru z volné vodní hldiny je velikot evporce závilá pouze n meteorologických fktorech, jko je teplot, záření, vlhkot vzduchu rychlot větru. Tento výpr je z fyzikálního hledik tím nejjednodušším. Evporce ze něhu ledu byl dlouhou dobu z hledik hydrologické bilnce území povžován z nevýznmnou, pozdější výzkumy le prokázly, že zejmén ve vyšších zeměpiných šířkách ndmořkých výškách je význmná určitě. V tomto přípdě evporce závií hlvně n energii potřebné pro fázové přeměny vltnotech tmoféry přiléhjící n vypřující povrch (tou nejdůležitější bude teplot). 10

Dlším povrchem může být urbnizovné území, které je typické velkým množtvím neproputných povrchů. Tím e vytváří povrchový odtok z těchto ploch, který nižuje přeno vody do podloží, tto vod e poměrně rychle vypřuje. Velký význm zde předtvuje teplot, která je v tomto protředí obecně vyšší. V nepolední řdě je zde výpr z půdy, který e ovšem zjišťuje zřídk. Většinou e zjišťuje obecně evpotrnpirce, le v některých metodách e k jejímu zjištění využívá oddělené vypočtení evporce z půdy trnpirce z vegetce n ní. Je známo, že intenzit výpru z dottečně vlhké půdy leduje denní chod meteorologických chrkteritik i jejich neprvidelnotmi. I v bolutně totožných meteorologických podmínkách e liší velikot rychlot výpru z jednotlivých povrchů, proto jou důležité i jejich vltnoti (Novák, 1995). 2.1.2 Trnpirce Trnpircí nzýváme proce vypřování vody z vegetce. Předtvuje nepřímý způob výdeje vody z půdy či povrchu obecně (Penk, 1985). Obč bývá nzýván biologickým výprem. Trnpirce tejně jko evporce závií hlvně n množtví energie, tlku vodní páry větru. Důležitým fktorem velikoti trnpirce je dále tké množtví vody v půdě její šíření e kořeny rotlin, tonkem ž n povrch, odkud e tto vod vypřuje. Tímto proceem trnpirce vykzuje závilot i n typu rotliny jejích vltnotech, le i n teplotě dlších fktorech tejných jko u evporce. Z těchto chrkteritik vyplývá, že čím menší je rotlin, tím v mítě převžuje evporce. S růtem rotliny e trnpirce tává hlvním proceem (Allen kol., 1998). N trnpirci e podílí kždá čát rotliny, le jelikož její největší podíl připdá n lity, je někdy rozlišován n litovou mimolitovou. V průběhu dne e rychlot trnpirce mění, od minim v noci e po východu Slunce zčne rychle zvyšovt potupuje ke vému mximu, které e odehrje přibližně po poledni. Poté e pozvoln nižuje, což ovšem závií tké n množtví lunečního záření dopdjícího n dnou rotlinu (Penk, 1985). V úvhu ovšem tké přichází pohyb vody krz rotlinu způob, jkým e vod do rotlin dotává z půdy. Můžeme tento celkový přeno rozdělit n 4 úeky; nejdříve přichází vod v půdě k povrchu kořenů, dále e kplná vod přenáší od 11

povrchu kořenů do ytému rotliny, kde dochází k přeměně n vodní páru, která e pk přenáší do tmoféry, lity či jinou čátí (Novák, 1995). 2.1.3 Intercepce Intercepcí je proce zchytávání rážek n vegetci. Při zchycení n větvích litech je zchycená vod více vytven přímé evporci. Tomu e říká the whingline effect, což ve volném překldu znmená vymývcí efekt. Důležité je tké to, že zchycením e tto vod nedotne n povrch, tím pádem není oučátí odtoku. Obecně je ovšem význmnou oučátí vodní bilnce. Podle Dltonov zákon je nvíc vod výše ve vzduchu, kde je rychlot větru vyšší, tím pádem je více vytven evporci (Jone, 1997). Velikot intercepce závií hlvně n chrkteru vegetce rážky, obecně n meteorologických biologických fktorech (Penk, 1985). O chrkteru vegetce vypovídá nejvíc měrná intercepční kpcit porotu, tj. množtví vody zdržené povrchem ndzemní čáti rotlin. Největší kpcitu mjí lení poroty. Vypřování intercepční vody není zhrnováno do proceu trnpirce, proto obecně intercepci evporci z ní bereme jko mottný proce. Důvodem nezhrnutí do trnpirce je to, že intercepční vod neprochází ytémem rotliny tím e nezúčtní n fotoyntéze. Výpr této vody tedy tvíme n roveň výpru z půdy, něhu ledu urbnizovného území (Novák, 1995). Horton (1919 in Jone, 1997) nvrhl reltivně účinný prvděpodobně i nejjednodušší výpočet ztrát vody z povodí intercepcí. Je změřen hlvně n hodnotách kpcity vegetce, neboli množtví vody, která e kutečně n vegetci zchytí, rážek doby jejich trvání. 2.2 Typy evpotrnpirce Při popiu evpotrnpirce je třeb řádně rozlišovt její typy, neboť kždý je zložen n jiném přítupu k vltnotem povrchu (Mcounová, 2007). 2.2.1 Aktuální evpotrnpirce Nejdůležitějším hlvním typem evpotrnpirce je ktuální. Předtvuje množtví vody, které e kutečně odpří ve kutečných přírodních podmínkách. (Allen kol., 1998 in Mcounová, 2007). Aktuální evpotrnpirci lze nejjednodušeji zjitit z jejího vzthu k potenciální evpotrnpirci, který je dán rovnicí: 12

E = k.kc.ep, kde E... ktuální evpotrnpirce [mm]; Ep potenciální ET [mm]; k půdní koeficient pro E; kc... koeficient půdního pokryvu, jehož hodnot e mění podle vzrůtu vegetce (Allen kol., 1998, Gupt, 2001). 2.2.2 Potenciální evpotrnpirce Tento pojem poprvé použil Penmn (1948) v ouviloti nlyzováním výpru z půdy nycené vodou Thornthwite, ve tejném roce, chrkterizcí klimtických obltí. Ob vědci e hodli n tejné definici, tedy že jde o evpotrnpirci z nízkého kontntně vyokého nízkého vegetčního pokryvu úplně zkrývjícího povrch dottkem vody. Problémy ovšem způobuje nedottečná pecifikce povrchu, neboť více druhů porotů může být oznčováno jko nízký vegetční pokryv. Nopk le koncepce potenciální ET byl využit n klimtickou rjonizci chrkteritiku jednotlivých klimtických loklit (Mtějk, Hurtlová, 2005). 2.2.3 Referenční evpotrnpirce Referenční evpotrnpirce bývá čto změňován z potenciální. Je prvd, že pojem referenční ET vznikl jko náledek nejnotí u potenciální ET (Mtějk, Hurtlová, 2005). Je to evpotrnpirce hypotetického povrchu, určená metodikou FAO. Hypotetickým povrchem je míněn povrch podobný tndrdnímu trvnímu porotu. U tohoto hypotetického porotu jou tnoveny určité prmetry jko výšk porotu (0,12 m), tálý povrchový odpor (70.m-1), kontntní hodnot lbed (0,23) optimální záobování rážkovou vodou. Tím pádem nejou u tnovení této evpotrnpirce důležité typ vegetčního pokryvu vltnoti půdy. Tímto způobem můžeme reltivně ndno porovnávt reltivně odlišné oblti (Kohut, 2005). 2.3 Fktory ovlivňující evpotrnpirci Velikot evporce trnpirce závií n určitých pochodech vltnotech ytému půd-rotlin-tmofér. Kždý z těchto podytémů ám o obě ovlivňuje intenzitu evpotrnpirce jiným způobem (Novák, 1995). Ne vždy e vědci úplně hodli n tom, které fktory evpotrnpirci ovlivňují nejvíce proč. 13

Evpotrnpirce závií zejmén n výšce hldiny podzemní vody, n vltnotech půdy, reliéfu, jeho expozici hlvně n meteorologických poměrech chrkteru porotu (Penk, 1985). Zde zmíníme pouze některé z mnoh fktorů. 2.3.1 Sluneční záření Sluneční energie je zdroj energie ktivující hydrologický cyklu (Meyer kol., 1949) největším zdrojem energie pro přeměnu z kplné fáze n plynnou. Potenciální množtví je ovlivněno řdou podmínek jko npříkld roční dob, poloh Slunce. Tím pádem e velice liší potenciální množtví lunečního záření v různých zeměpiných šířkách délkách. Tké je toto množtví mozřejmě závilé n oblčnoti, která čát záření borbuje odráží (Allen kol., 1998). 2.3.2 Rychlot větru Čím rychleji e vyměňuje vzduch nd vypřovným povrchem, tím rychleji e vymění nycený vzduch z nenycený tím e zvyšuje mír evpotrnpirce (Mcounová, 2007). John Dlton (1882 in Jone, 1997) určil, že hodnotu výpru právě rychlot větru nycení vodními prmi ovlivňuje velikot výpru nejvíce. Vzdušná turbulence způobuje výměnu vzduchu při kontktu povrchem vypřenou vodu dotává výše do vzduchu. Dltonův zákon může být ovšem plikovtelný pouze n potenciální evpotrnpirci (Jone, 1997). 2.3.3 Teplot vzduchu Teplo z okolního ovzduší je důležitým zdrojem energie ovlivňující velikot výpru. Je jné, že při lunném jném dni e n proce evpotrnpirce dotne více energie než při chldném, ztženém počí (Mcounová, 2007). 2.3.4 Vlhkot vzduchu Při výpru dojde k nycení vzduchu tím ke zpomlení proceu evporce, pokud nedojde k výměně vzduchu nd plochou. Z toho vyplývá i závilot rychloti evporce i n rychloti větru, která je podrobněji popán v Dltonově zákonu (Jone, 1997). V uchých obltech dobrým zvlžováním e vypří vody více právě kvůli nenycenému vzduchu (Mcounová, 2007). 14

2.3.5 Chrkter vypřujícího povrchu Vltnoti motného povrchu ovlivňují míru evpotrnpirce přímo i nepřímo. Jou to fktory jko vlhkot půdy, linit obh živin půdy, typ druh půdy pod. Npříkld čím je půd vlhčí, tím je výpr z ní znčnější, to oznčujeme jko přímé ovlivnění. Zároveň ji ovlivňuje i nepřímo, neboť množtví vody v půdě mění ztoupení rotlin, jejich hutotu tím pádem i z toho vyplývjící evporci trnpirci. Podobně je to i ottními chrkteritikmi (Allen kol., 1998). Tké výpr ovlivňuje expozice klon povrchu, ndmořká výšk, j. (Mlý, 2009). 2.3.6 Vegetce Vegetce je jedním z nejdůležitějších fktorů měnících velikot evpotrnpirce. Její hodnotu ovlivňuje typ vegetce, odrůdy, tádium vývoje, výšk vegetce, odolnot, reflexe, mír zkrytí povrchu kořenový ytém rotlin (Allen kol., 1998). Vegetce nvíc ovlivňuje velikot půdní evporce tím, že ovlivňuje všechny předchozí fktory. Hutá vegetce je chopná ztínit půdu ntolik, by e k vypřující půdě nedotlo luneční záření ni vítr. Tím pádem je nížená velikot i rychlot vypřování zároveň zpomlen výměn vzduchu nd povrchem, což evpotrnpirci tktéž nižuje (Wllce, 1999). Seznmem prmetrů zjišťovných u vegetce e podrobně zbývl Novák (1995), který etvil 8 fytometrických chrkteritik důležitých pro výšku evpotrnpirce. Jou to výšk hutot porotu, index litové pokryvnoti (LAI, lef re index), pokryvnot povrchu půdy, produktivit (crop growth rte), hloubk, hutot měrná délk kořenového ytému. Pro zjištění ktuální evpotrnpirce je velice důležitý koeficient půdního pokryvu (kc), jehož hodnoty e liší dle typu porotu i typu plodiny vegetční fáze, ovlivňuje ji všk i klim (Mcounová, 2007). Důležitou pozici zujímá v povodí le, který ovlivňuje přímo i nepřímo všechny ložky hydrologické bilnce, což zhrnuje i evpotrnpirci. Kvůli této význmné záviloti vznikl pod záštitou FAO žebříček plodinových koeficientů dle 120 různých zemědělkých plodin. Tento koeficient určuje vzth mezi referenční evpotrnpircí trvntého porotu, tnovenou podle Penmn- Monteithovy rovnice, evpotrnpircí konkrétní plodiny. Tento koeficient rozlišuje i vegetční období rotlin, npříkld obilniny mjí vyšší plodinový koeficient jko plně vyvinuté než jko obilniny po klizni (Allen kol, 1998). 15

2.4 Metody určení evpotrnpirce Jelikož evpotrnpirce je velice význmným prvkem hydrologického cyklu její určení není příliš ndné, bylo n její tnovení vynloženo znčné úilí. Dopoud známé metody měření můžeme rozdělit do dvou kupin. 2.4.1 Přímé První z obou kupin je tnovení evpotrnpirce přímým měřením. Jde o metodu reltivně náročnou i drhou. Přítroj n měření evpotrnpirce z půdy e nzývá lyzimetr. Je zložen n změně hmotnoti bloku půdy vegetce během evporce. Skládá e z nádoby obhující tento blok půdy vegetčním pokryvem. Tento obh by měl být reprezenttivním vzorkem zkoumného území, je důležité, by obh lyzimetru nejvíce odpovídl vému okolí. Je tké potřeb, by ploch lyzimetru byl dottečně velká kvůli nížení vlivu tzv. okrjového efektu. Tento okrjový efekt oznčuje přechod půdy lyzimetru způobuje změny teplotního režimu v blízkoti těn lyzimetru. Výledná hodnot evpotrnpirce e náledně zjišťuje z rovnice hydrologické bilnce. Tto metod e ve většině přípdů používá pro měření evpotrnpirce trvntých porotů, u leních jen pouze ve velmi mlé míře (Možný, 2005). K měření evporce z vodní hldiny e používjí výproměry, kdy e kontinuálně zjišťují úbytky vody výprem i vzetupy hldiny při rážkových epizodách (Mcounová, 2007). 2.4.2 Nepřímé Jk už bylo řečeno, přímé měření hodnot evpotrnpirce bývá náročné drhé, proto e čtěji zjišťuje pomocí výpočtů, přípdně hydrologických modelů. 2.4.2.1 Rovnice výpočty Různé rovnice výpočty e tly nejjitějším způobem zjištění velikoti evpotrnpirce. Bylo odvozeno mnoho nejrůznější vzthů, které využívjí nejrůznější meteorologické chrkteritiky, či jiné doplňující informce ohledně zájmového území (Litchmn, 2005). Je rozhodující, pro jký vypřující povrch pro jký čový intervl e využívjí. 16

Důležité je tké jkou míru přenoti vyždujeme. Čto je ve výpočtu dominntní určitý fktor (npř. rdiční bilnce v Penmnově metodě), pk je rozhodující hlvně přenot tohoto fktoru, ť už nměřená nebo vypočtená (Novák, 1995). Do této práce bylo zřzeno pouze několik z mnoh výpočetních metod. Jou jimi metody výpočtu intenzity evpotrnpirce, které jou využity v hydrologických modelech Penmn Penmn-Monteithov rovnic, které louží jko zákld, ze kterého byl většin oučných metod odvozen. 2.4.2.1.1 Penmnov rovnice Rovnice dle Penmn (1948) louží jko zákldní výchozí rovnice výpočtu evpotrnpirce, či n odvození dlších metod. Tento výpočet prcuje téměř e všemi fktory ovlivňujícími velikot evpotrnpirce. Vzorec pro zjištění potenciální evpotrnpirce zní: E R G n E kde, 0 klon křivky tlku nycené vodní páry v záviloti n teplotě [kp. C -1 ]; γ pychrometrická kontnt [kp. C -1 ]; λ kupenké (ltentní) teplo vypřování; λ = 2,45 MJ.kg -1 ; Rn rdiční bilnce [MJ.m -2.den -1 ]; G tok tepl do půdy [MJ.m -2.den -1 ]; E empirická funkce [mm.den -1 ]. 2.4.2.1.2 Penmn-Monteithov rovnice Penmn-Monteithov rovnice je zákldní rovnicí pro výpočet referenční evpotrnpirce, tedy evpotrnpirce hypotetického povrchu. Může být použit pro jkýkoliv čový úek (Kohut, 2005). V oučnoti je nejčtěji používným výpočtem evpotrnpirce (Gupt, 2001). Rn G. c.( e e ) / r Rovnice: E kde,.( r r ) / r λ ltentní teplo vypřování vody; λ = 2,45 MJ.kg -1 ; Rn rdiční bilnce [MJ.m -2.den -1 ]; G tok tepl do půdy [MJ.m -2.den -1 ]; (e e) ytotní doplněk vzduchu ve výšce z [kp]; r povrchový odpor [.m -1 ]; r erodynmický odpor [.m -1 ]; 17

(ρ. c) oučin hutoty pecif. tepl udávný jko 1,21 * 10-3 cm -3. C -1 ; klon křivky tlku nycené vodní páry v záviloti n teplotě [kp. C -1 ]; γ pychrometrická kontnt [kp. C -1 ]. Rovnice byl několikrát doplněn uprvován jinými utory, by plňovl npříkld zhrnutí zdrojů vodní páry nebo vertikální trukturu vegetce (Penk, 1985). Je zákldním nátrojem používným n výpočet trnpirce. Rovnice byl hlvně určen pro zhodnocení trnpirce z hutého porotu, tzv. big lef neboli velkého litu, který je uchý n povrchu le zároveň dobře záobovný vodou. Ovšem Wllce (1993) zmínil, že téměř 70 % větových biomů tvoří řídké poroty, tím mylíme porot, kde výpr z půdy pod ním není znedbtelný. Proto byl Penmn- Monteithov rovnice modifikován i pro tento typ povrchu. Pod záštitou FAO byl tto rovnice udán jko tndrdní metod výpočtu referenční evpotrnpirce, neboť obhuje veškeré prmetry zhrnuté do proceu výměny energie, odpovídjící výpru z jednotného pokryvu, z již zmíněného velkého litu. Tyto prmetry nvíc mohou být přímo měřeny nebo dopočítány z jiných dt. Byl tké přímo metodikou FAO odvozen mottná rovnice, která měl být zjednodušením výpočtu, rovnice zní: ET 0 0,408..( R n 900 G).. u.( e T 273,16.(1 0,34. u) V této rovnici je přímo pro motný výpočet evpotrnpirce využit rychlot e větru, jink e použití prmetrů neliší (Allen kol., 1998). ) 2.4.2.1.3 Shuttleworth-Wllceov rovnice Rovnici vytvořil Shuttleworth Wllce v roce 1985 modifikcí Penmnov Penmn-Monteithov výpočtu. Vzorec byl odvozen tk, by byl rozdělen povrchová energie mohly e tk odděleně zjišťovt hodnoty evporce i trnpirce (Odhimbo, Irmk, 2011). Její zákldní verze zní: E C ET C ET kde, λ ltentní teplo vypřování; λ = 2,45 MJ.kg -1 ; Cc, C koeficienty [-]; ETc, ET evporční podmínky podobné těm v Penmn-Monteithově rovnici. Rovnice jednotlivých vzthů: c c 18

ET c.( R n G) [(24 3600). c p.( e.[1 r c e ) r /( r r c c )].( R n G)]/( r r c ) ET.( R n G) [(24 3600). c Koeficienty jou vyjádřeny: C c 1 ( R c 1 R ) /[ R ( R c R p.( e.[1 r )] e ) r /( r r c )].( R n R )]/( r n r ) C 1 ( R R 1 ) /[ R c ( R R )] R ( ) r R R c ( ) r r c c ( ). r r kde, r různé druhy odporů [.m -1 ]; klon křivky tlku nycené vodní páry v záviloti n teplotě [kp. C -1 ]; γ pychrometrická kontnt [kp. C -1 ]. Kvůli ložitoti výpočtu nejen metody jko celku, le i jednotlivých čátí, kde je potřeb zíkt nepříliš běžné prmetry, je klkulce evpotrnpirce touto metodou bezpochyby nejložitější (Zhou kol., 2005) Nejen metod jko celek, le i jednotlivé oučáti výpočtu, kde je potřeb ne příliš běžných prmetrů, jou velice ložité k plikci n zjištění hodnot evpotrnpirce. Zhou kol. (2005) e dokonce domnívá, že je to nejložitější metod její klkulce vůbec. Touto metodou e dále nebudeme zbývt, neboť nemáme dottečné údje pro práci ní došlo by prvděpodobně k velkým nerovnlotem. 2.4.2.1.4 Pritley-Tylorov rovnice Pritley Tylor (1972, in Novák 1995) modifikovli tuto rovnici z původního Penmnov vzorce, který e dá rozdělit n rdiční erodynmický člen. V této modifikci je využit pouze rdiční čát vzorce, tím e výpočet zjednoduší. Je nutno ovšem podotknout, že Pritley-Tylorov rovnice je užitečná pro mírné vlhké tropické podnebí, ztímco pro uché emiridní oblti je nevhodná (Novák, 1995). Rovnice vypdá tkto: 19

PET Rn G.. kde, α 1,26 [-]; klon křivky tlku nycené vodní páry v záviloti n teplotě [kp. C -1 ]; γ pychrometrická kontnt [kp. C -1 ]; Rn rdiční bilnce [MJ.m -2.den -1 ]; G tok tepl do půdy [MJ.m -2.den -1 ]; λ kupenké teplo vypřování; λ = 2,45 MJ.kg -1. 2.4.2.1.5 Hrgreveov rovnice Tto metod byl vytvořen Hrgreveem roku 1975, kdy vznikl odvozením z přímého měření evpotrnpirce z trvního porotu pomocí lyzimetrů. Byl určen prvotně proo měření potenciální evpotrnpirce. Její rovnice zní: PET 0,0135. R S ( T 17,8) kde, T men průměrná teplot vzduchu [ C]; R globální rdice [MJ.kg -1.den -1 ]. men 2.4.2.1.6 Hrgreve-Smniho rovnice Z Hrgreveovy rovnice byl odvozen Hrgreve-Smniho vzorec (1985), ve kterém jou k výpočtu potřeb tktéž pouze dt teploty rdice. Šlo tedy o určité zjednodušení (Mohn, 1991). Rovnice zní: PET 0,5 ( 0,0023. R ).( Tmen 17,8). TD kde, R extrteretrická rdice; [MJ.m -2.den -1 ]; T men průměrná teplot vzduchu [ C]; TD rozdíl mezi mximální minimální teplotou [C ]. Zjednodušení vzorce počívá hlvně v nhrzení globální rdice, která e zíkává přímým měřením, extrteretrickou rdicí, která e dá poměrně ndno vypočítt. 2.4.2.1.7 Oudinov rovnice Metod dle Oudin je nejjednodušším způobem zjištění intenzity potenciální evpotrnpirce. Ve výpočtu užívá totiž pouze teplotní hodnoty. Její rovnice vypdá tkto: 0,408. R.( T 5) PE pro (T+5) > 0, 100 20

pokud (T+5) 0, hodnot potenciální evpotrnpirce (PE) je nulová. R je opět zkrtkou pro extrteretrickou rdici [MJ.m -2.den -1 ], T vyjdřuje průměrnou denní teplotu [ C]. Rovnice vznikl n zákldě tudie (2005 in Beránek kol., 2011), ve které e porovnávlo pře 25 již exitujících výpočetních metod pro zjištění evpotrnpirce n více než 300 experimentálních povodích. Kromě těchto exituje množtví dlších rovnic, jko je npříkld Blney- Criddle metod, Bowenův poměr, Mkkinkov rovnice, Thornthwiteov metod, metod energetické bilnce dlší. Tto práce byl změřen n zákldní metody rovnice, n kterých je zloženo zjištění míry evpotrnpirce v hydrologických modelech. 2.4.2.2 Hydrologické modely Exituje celá řd hydrologických modelů, jejichž použitím jme tktéž chopni zjitit hodnoty jednotlivých typů evpotrnpirce. Při jejich výběru hledíme zejmén n dt, která dný model využívá, dále n náročnot jk uživtelkou, tk finnční. Tyto modely jou obecně vhodné ke tnovení hydrologických poměrů zájmového území či povodí. Jednotlivé modely bývjí pk změřeny n jiný přítup ke truktuře území, tedy i výpočty jednotlivých ložek muejí mít rozdílný přítup (Jeníček, 2005 in Šereš, 2011). 2.4.2.2.1 SWIM SWIM neboli Soil nd Wter Integrted Model je ekologicko hydrologický model zložený n pojení několik proceů. Jde hlvně o vegetci její růt, erozi dynmiku říční nivy. Je zložen n pojení 2 už dříve vzniklých modelů, to SWAT neboli Soil nd Wter Aement Tool MATSALU. SWIM je určen hlvně pro tředně velká povodí (100 100 000 km 2 ). V modelu je pro tnovení potenciální evpotrnpirce nejčtěji použit Pritley-Tylorov rovnice, u které jou potřeb pouze luneční záření teplot vzduchu. Míto ní lze využít Penmn-Monteithovu rovnici, pokud jou k dipozici dt rychloti větru reltivní vlhkoti vzduchu. N tnovení ktuální evpotrnpirce e zde využívá metodik Ritchieho, která počívá v odděleném zjištění evporce z půdy trnpirce z vegetce n ní (Krynov, Wechung, 2000). 21

Součná verze SWIM modelu obhuje některé polečné moduly ze vých předchůdců zároveň určité nové potupy. Některé metody z původních modelů byly nhrzeny odlišnými přítupy. SWIM prcuje v denním čovém úeku ve 3 krocích (Krynov, Wechung, 2000). 2.4.2.2.1.1 SWAT Soil nd Wter Aement Tool vznikl pod záštitou Minitertv zeměděltví Spojených tátů Zemědělkou výzkumnou orgnizcí neboli ARS (Agriculturl Reerch Service). Vznikl hlvně z účelem modelování rážko-odtokových poměrů předvídání itucí zpříčiněných rozhodnutím ohledně úprv koryt řek ovlivnění množtví edimentů či chemických látek ve vodě (Krynov, Wechung, 2000). Jeho hlvními komponenty zhrnují meteorologická hydrologická dt, vltnoti půdy, růt vegetce, živiny, peticidy, bkterie využití krjiny. Ve SWAT e povodí dělí n několik ub-povodí t e dělí n určité hydrologické jednotky (HRU, hydrologic repone unit), které jou chrkteritické tejným krjinným pokryvem půdními vltnotmi. Jelikož model vznikl pro merické účely jejich území, SWAT muel být přizpůoben evropkým poměrům, neboť i dotupnot dt je zde jiná. Obrovkou výhodou tohoto modelu je, že je propojen GIS oftwrem. To ( dlší nátroje) umožňuje podporu vtupu topogrfických jiných digitálních dt. Byl mnohokrát využit ukázlo e, že je účinným nátrojem obecného poouzení zdrojů vody problémových obltí ohledně znečištění vody. Jeho úprv zjitil jeho užití v rámci celého vět (Arnold kol., 2007). V záviloti n dotupných dtech tento model využívá 3 metody ke zjištění evpotrnpirce to, Penmn-Monteithovu, Pritley-Tylorovu Hrgreveovu rovnici (Beven, 2012). 2.4.2.2.1.2 MATSALU Model MATSALU byl vyvinut v Etonku pro výzkum zemědělké nížiny v zálivu Mtlu u Bltkého moře. Vznikl z účelem pouzování různých přítupů právy této nížiny ohledem n eutrofizci. Skládá e ze 4 podmodelů změřených n odlišné prmetry. Jou to podmodely n hydrologii povodí, geochemii povodí, průtoky přeno živin řekou jko polední přeno dynmik živin v rámci tohoto 22

ekoytému. Jeho největší nevýhodou je právě jeho pecifikce n tento etonký záliv, jeho použití n jiná povodí či území je tedy omezené (Krynov, Wechung, 2000). 2.4.2.2.2 BROOK90 Model BROOK je jedním z prvních hydrologických imulčních modelů pro lení povodí, i když vznikl původně pro výzkum východomerických povodí, vyvinutý v 70. letech Federerem Lhem. Tento model e outřeďuje primárně n modelování nejen evpotrnpirce, le i celého rážkoodtokového proceu. Byl nvržen tk, by byl využitelný n kždém typu povrchu, v kždém období roku by plnil široké pektrum potřeb, byl využit npříkld pro výzkum zdrojů vody jejího pohybu n mlém území, pro předpověď změn klimtu j. BROOK90 je nejnovější verzí. Kromě této exituje ještě řd dlších trších verzí či pecifické verze jko BROOK2, který byl vyvinut hlvně n výzkum něhových rážek půdy zároveň byl vyvinut pouze jen n lení povrch (Federer, 2002 in Levi, 2011). Model vychází hlvně z denních rážkových úhrnů, mximálních minimálních teplot informuje o pohybu vody pře různé vrtvy půdy zhrnující vzthy k infiltrci vody, tání něhu energii potřebné k evpotrnpirci. Volitelnými vtupy pk jou luneční záření, vlhkot rychlot větru (Federer, 1995). Model BROOK90 je ložen z několik různých, určitým způobem pozměněných, rovnic. N zjištění potenciální evpotrnpirce je využíván Shuttleworth-Wllceov rovnice, která je typická odděleným zjištěním proceů evporce trnpirce. Pohyb vody mezi půdou vegetcí e zjišťuje pomocí Drcyho zákon, který popiuje přeno tekutin pórovitým protředím (Federer, 2013). Jeho velkým kldem je to, že model BROOK byl vyvinut i pro zjištění nejen celkové evpotrnpirce zájmového území, le tké jejích 5 komponentů. Těmito komponenty je trnpirce, evporce z intercepční vody, evporce z půdy, evporce ze něhu z intercepčně zchyceného něhu (Nery, Buchtele, 1997). 2.4.2.2.3 BILAN BILAN vznikl jko oftwrový model pro určení hydrologické bilnce jejích komponentů mnoh funkcemi, lgoritmy metodmi. Vznikl pod záštitou Výzkumného útvu vodohopodářkého T.G. Mryk (Kšpárek, kol. 2009). Pro tnovení potenciální evpotrnpirce model využívá metodu dle Oudin. Model je určen pro zprcování v denním hlvně měíčním čovém kroku. Vtupy 23

do modelu jou pouze dtové řdy úhrnů rážek, teploty vzduchu reltivní vlhkoti vzduchu (Tllken, vn Lnen, 2004). Bern, Horáček Hnel (2011) plikovli model n 13 povodí Ček dty rážek, teplot vzduchu, odtoků reltivních vlhkotí vzduchu, vše v denním čovém úeku. Účelem bylo zjištění potenciální evpotrnpirce metodou dle Oudin v porovnání metodou vycházející z vegetční zóny. Právě díky úpěšnoti užití Oudinov výpočtu v tomto výzkumu byl zčleněn do nové verze modelu BILAN. 2.4.2.3 Hydrologická bilnce Evpotrnpirce je jednou z nejvýznmnějších ztrátových ložek hydrologické bilnce leního porotu. Hydrologická bilnce počívá v porovnání množtví rážek, odtoku, výpru celkové změny záob v povodí či v jkémkoliv území z určitý čový úek (Pokorný kol., 2005). Její rovnice zní: S = P - ET - O, kde S změn záob vody v povodí; P rážky tmoférické rážky [mm]; ET evpotrnpirce [mm]; O celkový odtok [l. -1.km -2 ]; zhrnuje povrchový, hypodermální i bzální odtok. Z této rovnice můžeme zjitit lepoň orientční hodnoty evpotrnpirce zájmového území. Hodnoty z této rovnice budou vždy přibližné už kvůli kutečnoti, že do ní nejou zhrnuty fktory přímo ovlivňující evpotrnpirci (Allen kol., 1998). Metodik Čekého hydrometeorologického útvu je v tomto přípdě poněkud ložitější. Při zjištění hydrologické bilnce využívá více vtupních veličin, které e dělí n veličiny, které mjí rozměr toků veličiny, které mjí rozměr záob. Do prvních veličin ptří tmoférické rážky, odtok z povodí (nměřený průtok v závěrovém profilu povodí), územní výpr zákldní odtok z povodí. Do druhé kupiny veličin jou zřzeny záoby půdní vody v zóně erce, záob vody ve něhové pokrývce, záob vody v tocích vodních plochách záob podzemní vody. Nárůtem množtví vtupů, nrůtá i obtížnot vyčílení hydrologické bilnce, neboť ne vše jde vyčílit z měření. U některých veličin je možno určit jejich hodnotu 24

ze vzthů k jiným nebo z jejich vltních výpočetních vzthů, ke kterým jou ovšem potřeb dlší fyzikální veličiny. V poledních několik letech byl n zhodnocení hydrologické bilnce v ČHMÚ použit model SimB. Tento model ji počítá v měíčním čovém kroku kládá e z několik dílčích lgoritmů, kterými e modelují některé bilnční chrkteritiky (Vln kol., 2013). 25

3. Studovné území dt Zájmovým územím pro tuto práci je oblt povodí Zbytinkého Tetřívčího potok, která e nchází v okree Prchtice v Jihočekém krji v podhůří Šumvy. Tto experimentální povodí je loklizováno n horním povodí Blnice. Podrobnější chrkteritikou e zbývl Mlý (2009) ve vé diplomové práci. Obr. 1: Poloh zájmového území Zdroj: Hydrologie mlého povodí, Kliment kol. (2011) 3.1 Zákldní údje Experimentální povodí jou i do znčné míry podobná, hlvně z hydrogrfického, fyzickogeogrfického morfometrického hledik. Nopk e liší v půdním ztoupení vegetčním pokryvu. Tbulk 1: Zákldní vybrné údje experimentálních povodí Zákldní chrkteritik povodí Zbytinký potok Tetřívčí potok Ploch povodí [km 2 ] 1,55 1,62 Nejvyšší bod povodí [m n. m.] 906 946 Nejnižší bod povodí [m n. m.] 785 824 Střední ndm. výšk p. [m n. m.] 811 851 Hutot říční ítě [km.km -2 ] 1,25 1,33 Zdroj: Hydrologie mlého povodí, Kliment kol., (2011) 26

Teplot [ C] Úhrn rážek [mm] 3.2 Klimtické poměry Dle Atlu podnebí Ček (2007) je tto oblt chrkteritická průměrnými ročními teplotmi mezi 4-6 C (průměrné lednové teploty e pohybují v rozmezí -5 ž -3 C, průměrné červencové mezi 14-17 C). Průměrné roční rážky dohují 800 ž 1200 mm z rok. Průměrný počet dní e něhovými rážkmi je přibližně 100 dní z rok. Mlý (2009) použil pro bližší chrkteritiku Quittovy Klimtické oblti Čekolovenk, dle kterých e území řdí do ktegorie CH7, což je oznčením pro chldnou oblt velice krátkými léty dlouhými, le mírnými zimmi vlhkými mírnými přechodnými obdobími. Grf 1: Denní úhrny rážek v hydrologickém roce 2011/12 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 1.11 1.12 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 Den Grf 2: Průměrné denní teploty v hydrologickém roce 2011/12 30 20 10 0-10 -20-30 1.11 1.12 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 Den 3.3 Odtokové poměry Odtokový koeficient Tetřívčího potok je nižší (0,38) než u Zbytinkého (0,51). Což obecně potvrzuje odhdy nižší odtoku z lentých povodí tké vyšší míru evpotrnpirce. Hodnot tohoto koeficientu kolíá dle ročních období vodnoti toků. Hlvně v chldném období dochází k menším vodním ztrátám vlivem evpotrnpirce v lučním povodí Zbytinkého potok, odtokový koeficient tedy 27

nrůtá. V lením povodí Tetřívčího potok nopk dochází ke větším ztrátám v důledku výpru, jeho odtokový koeficient je méně vribilní, což znčí vyrovnnější vodní tvy (Kliment kol, 2011). 3.4 Půdní poměry V povodí Zbytinkého potok převládjí 3 půdní typy: kmbizem meobzická (39 % plochy povodí), kryptopodzol modální (31 %), který je hlvně ve vyšších čátech povodí, kmbizem oglejená meobzická (25 %). Tyto 3 hlvní typy půd jou doplněny dlšími přechodnými typy či ubtypy. Povodí Tetřívčího potok je tvořeno celkově pouze 3 půdními typy. Ve vyšších prtiích povodí e nchází kryptopodzol modální (ž 62 % plochy), v blízkém okolí vodního toku e nchází glej hitický (19 %) ten n horním dolním toku přechází v kmbizem oglejenou meobzickou (19 %) (Mlý, 2009). 3.5 Biogeogrfie vegetční poměry Obě povodí e význmně liší ve vegetčních poměrech. Povodí Zbytinkého potok je z velké čáti pokryto loukmi (63 %) ley (34,7 %). Pro tuto práci důležitější povodí Tetřívčího potok je nproti tomu hlvně lením povodí. Le zde zujímá 67,4 % louky 31 %, tedy přibližně třetinu povodí (Mlý, 2009). Znční rozdíly v krjinném pokryvu obou povodí znčí, že zde bude význmnou roli hrát intercepce leního porotu. Jelikož intercepce, kterou my ztím nemůžeme v tomto přípdě zjitit, by nižovl přenot míry evpotrnpirce, změříme e n povodí Zbytinkého potok, které je z většiny tvořeno loukmi. 3.6 Změny krjinného pokryvu Oblt obou experimentálních povodí e během 20. toletí výrzně proměnil. Těmito proměnmi e ve vé bklářké práci zbývl už Hintnu (2008), který proměny území hodnotil n zákldě leteckých nímků z let 1947, 1983, 1999 2005. V roce 1947 zde byl vyoký podíl orné půdy dlších zemědělkých ploch obě povodí e význmně nelišil ve truktuře území ob toky byly ovlivněny pouze v mlé míře. Snímky y roku 1983 ukázly zvyšující e rozdíly mezi povodími. Povodí Zbytinkého potok má tále vyoký podíl orné půdy zvyšuje e poměr leů, ztímco povodí Tetřívčího potok je ilně zleňováno. Tké je to nejvýrznější období npřimování toků, které e čátečně projevilo i zde. Dále pokrčuje zleňování obou 28

povodí, u Zbytinkého potok nrůtjí i procent luk ptvin. V poledních letech potupně ubývjí záhy lidké činnoti přibývjí přírodní procey. 3.7 Stnice Dt ze zájmového území byl zíkán kontinuálním monitoringem hydrologických meteorologických veličin monitorovcí ítí vybudovnou v roce 2006 ktedrou fyzické geogrfie geoekologie PřF UK v Prze. Automtická, celoročně fungující meteorologická tnice Zbytiny (ZBY), ležící v blízkoti závěrového profilu Zbytinkého potok v ndmořké výšce 786 m n. m., monitoruje rážky, teplotu vlhkot vzduchu, olární rdici, rychlot měr větru, tedy meteorologické prvky. Dt jou zchycován v deetiminutovém kroku. Dlší tnice e nchází ve Spálenci (SPA) v ndmořké výšce 787 m n. m. Tto tnice je pod právou ČHMÚ zíkává dt pro 24 hodinový úek, který zčíná v 07:00, jde o dt denních rážkových úhrnů, výšky něhové pokrývky (v denním kroku) vodní hodnoty něhu (1x týdně, kždé pondělí v 07:00). Třetí tnicí experimentálních povodí je tnice v blízkoti obce Koryto (KOR) ležící ve výšce 922 m n. m. Nchází e zde pouze utomtický rážkoměr, který byl nintlován v roce 2008 kvůli větší přenoti dt. K těmto údjům je umožněn on-line přítup n dtovém erveru www.fiedlermgr.cz/, km jou odeílán jednou denně pomocí ítě GSM/GPRS (Mlý, 2009). 3.7.1 Dt Dt k práci byl zíkán protřednictvím internetového erveru www.fiedlermgr.cz/ ve formátu.xl. Jelikož byl dt pořízen v deetiminutovém kroku, muel být z počátku uprven do podoby, jež je potřeb ve výpočetních metodách. Obhově jou dt více než dotčující. Využijeme z nich teploty vlhkoti vzduchu ve 2 m, rychloti větru rdici, obojí tktéž měřeno ve 2 m nd povrchem. Dále bude ovšem nutné zíkt dlší prmetry potřebné buď přímo v motných metodách výpočtu míry evpotrnpirce či v pomocných výpočtech, ze kterých zíkáme dlší fyzikální chrkteritiky, jko je npříkld ytotní doplněk, rdiční bilnce či tmoférický tlk. 29

4. Metodik Nejdříve muíme zíkt zbývjící prmetry jednotlivých evpotrnpirčních metod tké určit hodnoty jednotlivých ložek hydrologické bilnce. 4.1 Výpočet rdiční bilnce (Rn) Nejdůležitějším prmetrem je prvděpodobně rdiční bilnce (Rn), která e v metodách hojně vyžduje. Tu zjitíme: Rn Rn Rnl kde, Rn je hodnot rdiční bilnce krátkovlnného záření Rnl hodnot rdiční bilnce dlouhovlnného záření. Rn e zjití jko: Rnl jko: Rn ( 1 ) R ; 4 4 ( T mx 273,16) ( T min 273,16) Rnl (0,34 0,14 2 kde, σ Stefn-Boltzmnnov kontnt [4,903.10-9 MJ.K -4.m -2.den -1 ]; R olární krátkovlnná rdice nd povrchem [MJ.m -2.den -1 ]; Ro olární krátkovlnná r. předpokládjící bezoblčnot [MJ.m -2.den -1 ]; e průměrný denní ktuální tlk vodní páry, [kp]. Krátkovlnnou rdici nd povrchem zjitíme ze vzthu: e ) (1,35 R R. rdici z předpokldu bezoblčné oblohy ze vzthu: Ro R.(0,75 2.10 5. z), kde: R extrteretrická rdice (n horní hrnici tmoféry); [MJ.m -2.den -1 ];, b Angtrömovy koeficienty, dle metodiky FAO: =0,25; b = 0,5, [-]; n měřený luneční vit; [hod]; N mx. trvání lunečního vitu [hod]; z ndmořká výšk výpočetního mít (tnice) [m n. m.]; (Kohut, 2005). Dle Novák (1995) i určíme trvání lunečního vitu n dné zeměpiné šířce (v nšem přípdě: 48. š.), mximální trvání lunečního vitu zjitíme výpočtem: 24 N. Extrteretrickou rdici zíkáme pomocí: R 24.60. G. d.( in c in r co co in ) ; kde Gc olární kontnt; Gc = 0,0820 [MJ.m -2.min -1 ]; dr inverzní reltivní vzdálenot Země-Slunce [-]; ω hodinový úhel východu Slunce [rd]; R Ro b 0,35) n N 30

φ zeměpiná šířk převedená n rdiány; δ deklince Slunce převedená n rdiány. 2 Inverzní vzdálenot vypočítáme jko: d r 1 0,033.co.. JD, JD je 365 zkrtk pro juliánký den, který zíkáme vzthem: M JD int 275. 30 D cont, kde M oznčuje pořdové čílo měíce, D 9 pořdové čílo dne cont znčí kontntu, která je v přípdě ledn únor jkéhokoliv roku nulová, v přípdě zbylých měíců nepřetupného roku -2 přetupného roku -1 (Kohut, 2005). Hodinový úhel pro výpočet extrteretrické rdice či mximální doby trvání lunečního vitu zíkáme ze vzorce: rcco.( tn.tn ). Deklinci Slunce pro 2 dný den zjitíme: 0,409.in.. JD 1, 39. 365 Ve výpočtu rdiční bilnce dlouhovlnného záření je potřeb ještě zjitit průměrný denní ktuální tlk vodní páry (e ). Pokud ho nemáme k dipozici tčí jej vypočítt pomocí dt reltivní vlhkoti. Vzth pro průměrný denní ktuální tlk vodní páry vypdá: e RH mx 0 e 0.( Tmin ). e ( Tmx ). RH 100 100 2 min, kde e 0 (T min /T mx ) tlk n. vodní páry pro denní mximální (min.) teplotu vzduchu [kp]; RH( mx, min ) denní mx.(min.) reltivní vlhkoti vzduchu [%]. N výpočet tlku nycené vodní páry pro denní mximální či minimální teploty vzduchu (e 0 ) ouží jednoduchá rovnice: e 0 17,27. T 0,6108.exp.. Exp je T 237,3 výrz pro zákld přirozeného logritmu, z něhož můžeme dodit 2,7183 T oznčuje teplotu. Pro zjištění tlk nycené vodní páry pro denní mximální teplotu vzduchu dodíme mxim teplot dného dne, pro minimální minimum dne (Kohut, 2005). Pouze Hrgreveov rovnice e zde tává výjimkou, která tyto výpočty nevyžduje, neboť v jejím výpočtu e využívá globální rdice zíkná přímým měřením. Nyní máme všechny potřebné fktory můžeme provét výpočet rdiční bilnce dlouhovlnného krátkovlnného záření jejich rozdílem zíkt celkovou rdiční bilnci. 31

4.2 Výpočet pychrometrické kontnty (γ) Pychrometrická kontnt je výrz pro poměr měrného kupenkého teplo vlhkého vzduchu při kontntním tlku ku ltentnímu teplu vypřování. Vzth pro c p.p výpočet její hodnoty zní:,kde. c p měrné teplo při kontntním tmoférickém tlku [MJ.kg-1. C-1]; P tmoférický tlk [kp]; ε poměr molekulárních hmotnotí vodní páry uchého vzduchu, ε = 0,622; λ ltentní teplo vypřování, λ = 2,45 MJ.kg -1. Jko měrné kupenké teplo při kontntním tmoférickém tlku (c p ) můžeme v průměrných tmoférických podmínkách použít hodnotu c p = 1,013 * 10-3 MJ.kg - 1. C -1 (Zotrelli kol., 2009). Atmoférický tlk zíkáme z rovnice: 5,26 293,16 0,0065. z P 101,3.. 293,16 Atmoférický tlk je závilý pouze n ndmořké výšce (z). Do výpočtu dozujeme výšku tnice. Po dození zíkáme γ = 0,000665*P. 4.3 Výpočet klonu křivky npětí vodních pr při dné prům. denní teplotě vzduchu ( ) Vzorec pro výpočet tohoto klonu je: 17,27. T men 4098. 0,6108.exp 237,3 Tmen T 237,3 2 men,kde teplot. exp je opět výrz pro zákld přirozeného logritmu (exp = 2,7183) T men je průměrná 4.4 Výpočet empirické funkce (E ) Empirickou funkci chrkteritickou pro dný vypřující povrchu určil Penmn (1948) jko oučin erodynmické funkce větru ytotního doplňku: E f ( u). d. Tento potup byl uprven pro použití ve výpočtu evporce z různých druhů povrchů. Pro ná důležitý výpr z trvntého porotu má vzth empirické funkce uprven n: E 2,7.(1 0,864. u). d. 32

4.5 Výpočet erodynmického odporu (r ) Aerodynmický odpor je vnější odpor k difúzi trnportu páry z litů půdy do vzduchu při určité výšce (z) nd vegetcí. Je jím určen přeno tepl vodní páry z vypřujícího povrchu do přiléhjící vrtvy. Pro výpočet rezitence trvntého povrchu tčí zjednodušený tvr rovnice předpokládjící výšku tndrdního trvního porotu dle metodiky FAO, h = 0,12 m. Rovnice zní: 2 (2 / 3.0,12) 2 (2 / 3.0,12) ln.ln 0,123.0,12 0,1.(0,123.0,12) r, z čehož zíkáme 2 0,41.u 207, 664 r. u Z u dozujeme rychlot větru ve výšce 2 m nd povrchem [m. -1 ]; (Kohut, 2005). 4.6 Výpočet povrchového odporu (r ) Povrchový odpor je vnitřní odpor k difúzi vodní páry z litů půdy je znčně vribilní, proto je důležité, by jeho hodnot byl pokud možno přená. Pro nši potřebu využijeme opět předpokld výšky tndrdního trvního porotu dle metodiky FAO (h = 0,12). Odpor zjitíme z jednoduchého vzthu: rl r LAI r l tomtální odpor optimálně ovětleného litu, rl = 100.m-1; LAI ct ktivní index litové plochy, [m 2.m -2 ]; - m 2 (ploch litoví). m² (ploch povrchu půdy); ct, kde LAI ct zjitíme jednoduše pomocí: LAI ct 0,5.24. h, kde h oznčuje zmíněnou výšku tndrdního porotu. Výšku tndrdního porotu byl určen metodikou FAO jko 0,12 m. Po dození všech prmetrů nám vyjde hodnot povrchového odporu r = 69,444 (Kohut, 2005). 4.7 Tok tepl do půdy (G) Tok tepl do půdy je energie, způobuje ohřev té půdy. Je oučátí Penmnovy, Penmn-Monteithovy Pritley-Tylorovy rovnice, přeto le nebude ve výpočtech zhrnut. Allen kol. (1998) tvrdí, že v rámci krátkého čového úeku je jeho průměrná hodnot okolo 0 MJ.m -2.den -1, přeto by le měl být při odhdu evpotrnpirce v rovnici zznmenán. Obecně, tok tepl do půdy je kldný během dne (během doby, kdy e půd zhřívá) záporný v noci (kdy e půd ochlzuje), jelikož v obou fázích dne doáhne 33

téměř tejných hodnot, prkticky e vynuluje my ho při denním měření evpotrnpirce znedbáváme. V průběhu roku funguje ytém podobně (Monteith, 1975). 34

5. Výledky dikue Pro dt v experimentálním povodí Zbytinkého potok byly vypočítány hodnoty denních, týdenních ročních úhrnů evpotrnpirce během hydrologického roku 2011/2012. Jelikož jde o povodí z velké čáti ztrvněné, některé prmetry potřebné ve výpočtech byly uvžovány tejné jko u výpočtu referenční potenciální evpotrnpirce určené metodikou FAO. V některých měících byl některá dt nhrzen z měření jiných tnic, protože došlo k poruše některé čáti tnice. V použitých dtech k těmto nhrzením, která by mohl způobit určitou nepřenot, došlo jen ve třech přípdech během litopdu. Jelikož došlo vždy k přerušení n mximálně hodinu půl, nemuíme v nšem přípdě tyto výpdky řešit. Byl zjištěn chod evpotrnpirce v hydrologickém roce 2011/2012, výledek je vidět v grfu 1. Denní úhrny zjištěné jednotlivými metodmi e od ebe do určité míry liší. Dá e předpokládt, že je to v důledku rozdílnoti prmetrů obžených v kždé rovnici. Metody vemě hodnotí míru roční evpotrnpirce podobně. Co e týče jednotlivých metod, Penmnov Penmn-Monteithov rovnice jou obecně vždy brány jko důvěryhodný zákld, kdy výledky všech metod jou porovnávány výledky z nich. Výledky různých výzkumů e poněkud liší. V úvhu je nutno brát výběr zájmového území dotupnot dt ve výzkumu, závěrečný poměr metod ku Penmnově, příp. Penmn-Monteithově rovnici, by měl být le přinejmenším podobný. V práci Yoder kol. (2005) došlo ovšem k porovnání výledků několik metod údji nměřenými lyzimetry. Zde bylo zjištěno, že Penmnov, Hrgreve- Smniho Pritley-Tylorov metod míru ET ndhodnocovly. V nšich podmínkách došlo pouze k výpočtům, nvíc v těchto výpočtech byly využity některé prmetry určené metodikou FAO měříme evpotrnpirci z větší čáti trvntého povrchu, proto budou jko zákldní nejlepší výledky povžovány ty z Penmnovy Penmn-Monteithovy rovnice. Výledky jednotlivých metod jou tedy poměrně vyrovnné, pouze Hrgreve-Smniho metod vykzuje jité ndprůměrné hodnoty, pouze le ve vegetčním půlroku hydrologického roku. 35

Mír ET [mm/den] Grf 3: Chod evpotrnpirce počítnými metodmi v hydrologickém roku 2011/12 8 7 Penmn 6 5 4 Penmn- Monteith Pritley- Tylor 3 Hrgreve 2 1 0-1 Hrgreve- Smni Oudin 1.11.11 1.12.11 1.1.12 1.2.12 1.3.12 1.4.12 1.5.12 Den 1.6.12 1.7.12 1.8.12 1.9.12 1.10.12 Mohn (1991) dlší tvrdí, že Hrgreveov její modifikce - Hrgreve- Smniho metod - hodnoty evpotrnpirce podhodnocují. Grf jednotlivých denních hodnot během roku tyto výledky nepodporují nopk ouhlí výzkumem npříkld Yoder, Odhimb Wright (2005), kteří dopěli k názoru, že H.-S. metod ndhodnocuje míru ET. Kromě jného nárůtu výšky ET během roku v období nárůtu teplot hodnot olární rdice vidíme jité zvláštní epizody, které e odehrály v únoru. Prvděpodobně to způobil teplot. V první polovině tohoto měíce roku 2012 zde průměrné teploty dohovly okolo -15 C, výjimkou nejou ni dny, kdy teplot netoupl nd bod mrzu. Je to tedy období vyokými minuovými teplotmi. Tké je obdobím největším ytotním doplňkem roku poměrně vyokými hodnotmi klonu křivky npětí vodních pr při těchto teplotách. N toto období e podíváme ještě blíže v náledující čáti výledků. Co e týče záporných hodnot, objevují e hlvně u Penmn-Monteithovy, Pritley-Tylorovy Oudinovy metody. Obecně Penmn-Monteithov Pritley- Tylorov metod vykzují velkou závilot n rdiční bilnci v průběhu roku. Při jejích záporných hodnotách v zimě, je záporná i hodnot evpotrnpirce. Její závilot n rdiční bilnci převýší závilot n ytotním doplňku i klonu křivky nycení. Oudinov metod, zložená hlvně n teplotě, je záporná právě v obdobích velice nízkými teplotmi. 36