AKTUALITY ŠUMAVSKÉHO VÝZKUMU II str. Srní. 7. října Vliv lesních ekosystémů na hydrický režim krajiny Influence of forest ecosystems on hydric regime of landscape František Křovák, *, Eva Pánková & František Doležal Katedra biotechnických úprav krajiny, Fakulta lesnická a environmentální, Česká Zemědělská Univerzita v Praze, Kamýcká 9, CZ-5 Praha Suchdol, Česká republika Katedra vodního hospodářství, Fakulta lesnická a environmentální, Česká Zemědělská Univerzita v Praze, Kamýcká 9, CZ-5 Praha Suchdol, Česká republika krovak@fle.czu.cz Abstract The goals of this paper are to compare the hydrology functions of three different forest ecosystems types (healthy forest, dead forest, clearing). The continual measurement of the temperature, precipitation and discharge was started in August 99 and still continues. From the year 999 the water conductivity and water quality are also measured. The results of this hydrological research presented in overall tables indicated conditional conclusion that healthy forest have the capability to reduce the maximum discharges (to some extent) and simultaneously to increase minimum discharge. These conclusions must be verified for long-term observation. ÚVOD Výskyt povodní v letech 997 a opět rozvířil diskuse ohledně vlivu antropogenní činnosti v krajině na vznik extrémních povodňových situací, které se snaží kvantifikovat vliv konkrétních zásahů v povodí na odtokové poměry (KOVÁŘ & KŘOVÁK 999). Také v této souvislosti je aktuálním tématem nalezení optimálního managementu v oblastech přirozeného výskytu smrku na území NP Šumava, v souvislosti s hospodařením v lesích zasažených kůrovcovou kalamitou. Tuto problematiku lze posuzovat z několika pohledů. Náš výzkum se zaměřuje na srovnání hydrologických funkcí tří rozdílných typů lesního ekosystému (les zdravý, les odumřelý suchý stojící (mrtvý les), les pokácený (paseka) (HRÁDEK et al. ). METODIKA Již před těmito zmiňovanými povodňovými událostmi bylo rozhodnuto o vybudování experimentálních povodí na Šumavě Lesnickou fakultou ČZU v Praze. Jako reprezentativní oblast bylo vybráno území NP Šumava v okolí Modravy. V roce 997 byly provedeny podrobné terénní průzkumy nezbytné pro výběr lokalit vhodných pro výstavbu experimentálních povodí a dále byly zahájeny přípravy pro plánovanou výstavbu měrných přelivů a osazení potřebných přístrojů. Povodí byla vybírána tak, aby jejich základní fyzickogeografické charakteristiky (klimatické poměry, geometrické charakteristiky, sklonové poměry, geologické a půdní poměry) byly co nejpodobnější, avšak s rozdílným pokryvem (viz Tab. ). Největší vzdálenost mezi jednotlivými povodími je km.
Tabulka. Popis jednotlivých povodí. Table. Catchments description. Název stanice Lokalita Kultura Výměra (ha) Nadm. výška (m n. m.) Expozice Modrava pod Roklanem mrtvý les 75 severní Modrava Malá Mokrůvka paseka 7 severní Modrava pod Vysokým stolcem zdravý les 7 5 5 severní Tabulka. Přehled veličin měřených na experimentálních povodích M, M, M. Table. Summary of measured data on experimental catchments M, M, M. Měřená veličina Interval mezi měřeními Začátek měření Čidlo Vodní stav min srpen 99 min červen 999 tlakový hladinoměr Srážky min srpen 99 překlopný srážkoměr nevyhřívaný Teplota vzduchu hod srpen 99 teploměr Vodivost vody hod červen 999 konduktometr GRYF V roce 99 byly ve vytypovaných lokalitách vybudovány měrné stanice a v srpnu 99 byla zahájena měření (KUNA & KUŘÍK 99). Přístrojové vybavení Na lokalitách popsaných v Tab. jsou v období červen říjen měřeny hodnoty teploty, srážek a vodního stavu, (později doplněná o měření konduktivity), které jsou zaznamenávány centrální sběrnou jednotkou dodanou firmou NOEL. Průtok se vypočte dle vzorců z odborné literatury (BOS 97) z výšky přepadového paprsku na trojúhelníkovém Thomsonově měrném přelivu, která je měřena tlakovým hladinoměrem. Podrobná metodika měření a zpracování dat jsou popsány v (KUNA & KUŘÍK 99). PŘEHLED MĚŘENÝCH DAT Měřené veličiny a časový krok měření jsou uvedeny v Tab.. VÝSLEDKY MĚŘENÍ Zatím se podařilo nashromáždit úplnou řadu kontinuálních pozorování z let 99 a. To představuje téměř kompletní data těchto let, uvážíme-li, že v daných lokalitách umožňují klimatické podmínky kontinuální pozorování pouze v cca 5 měsících během roku. Celoroční pozorování by vyžadovalo vyhřívání stanic v zimních měsících, což je vzhledem k pořizovacím nákladům (asi km kabelu + vyhřívací jednotky) a provozním nákladům nereálné, nemluvě o pokládání kabelu na území NP Šumava. V současné době jsou tato data připravena v denním, hodinovém nebo minutovém kroku jako vstup do hydrologických modelů a k dalšímu statistickému zpracování. V sumarizační podobě jsou výsledky shrnuty do Tab. a. 5
Tabulka. Výsledky měření za jednotlivé roky. Table. Annual results. Období Modrava Modrava Modrava ϕ (%) H S (mm) ϕ (%) H S (mm) ϕ (%) * H S (mm) * září říjen 99, 55 7,7 7,5 * * červenec srpen 999, 7,5, * * červen září, ) ),, * 7 * červenec srpen, 7, 5, * 5 * červen červenec,5 7 5,, *) *) červenec říjen, 9, 9,5 * * ) výpadek srážkoměru, data pouze za září ) výpadek srážkoměru, měření pouze do 5.. Tabulka. Porovnání odtokových poměrů během sledovaného období. Table. Comparison of run-off during measured time period. Stanice Kultura Max. specif. průtok (l.s.ha ) Průměrný specif. průtok (l.s.ha ) Modrava mrtvý les,7,7 Modrava paseka 9,, Modrava zdravý les,,7 KVALITATIVNÍ SLEDOVÁNÍ Kvantitativní hydrologická pozorování byla doplněna sledováním kvalitativních ukazatelů, které by mohly naznačit na daných povodí rozdílnost chemismu povrchové vody ovlivněného změnou stavu lesního porostu. Sledování chemismu vody se provádí od roku 999, kdy v průběhu hydrologického měření byly vzorky vody odebírány přibližně v týdenních intervalech, v dalších letech byl odběr vzorků zredukován vzhledem k problematické přístupnosti stanovišť a k nevýrazným rozdílům výsledků rozborů v časové řadě. Vzorky vody byly odebírány v úrovni přelivné hrany. Rozbory vody (stanovení NO, NO, NH +, PO, Ca, Mg, Na, K, Fe) provedla analytická laboratoř Ústavu aplikované ekologie v Kostelci n. Černými lesy, ph bylo měřeno přenosným potenciometrem s kombinovanou elektrodou. Při posuzování výsledků z jednotlivých povodích je třeba brát v úvahu rozdílnost ve složení svrchních vrstev půdy (MÁŠOVÁ ). Charakteristické rozdíly vykazují jednotlivá povodí v obsahu nitrátů, které se nejvíce podílejí na acidifikaci toku (RŮŽIČKOVÁ et al. ). Nejnižší průměrné koncentrace NO (viz Obr. ) vykazuje M, mg.l oproti M (,55 mg.l ) a M (7, mg.l ). Rozdíly v pětileté řadě jsou charakteristické i v koncentracích kationtů Ca a Mg (viz Obr. ). Obsahy NO a NH + na všech povodích se většinou pohybovaly na hranicích stanovitelnosti, ani koncentrace kationtů Na a K nevykazovaly mezi jednotlivými povodími výrazné rozdíly, podobné výsledky uvádí (RŮŽIČKOVÁ ) v tocích povodí Vydry a Křemelné.Průměrné hodnoty za pětileté období PO se pohybují od, do, mg.l s výraznou průměrnou koncentrací na M v roce,7 mg.l. Nejvyšší ph bylo zaznamenáno na M: 5, až 7, (průměr,), nižší ph na M:,9 až, (5,5), nejnižší pak na M:,9 až, (5,). ph je na všech povodích značně rozkolísané, ovlivněné srážkami.
Graf x: Koncentrace NO- Koncentrace [mg/l] 7 75 9 7 75 7 79 7 757 77 75 79 9 7 5 Pr tok [l/s] Modrava Modrava Modrava pr tok M pr tok M pr tok M Obr.. Koncentrace NO. Fig.. Concentration of NO. Koncentrace (mg.l - ),5,5,5,5 7 75 9 7 75 7 79 7 757 77 75 79 9 7 5 Pr tok (l.s - ) Modrava Modrava Modrava pr tok M pr tok M pr tok M Obr. Koncentrace Ca + Mg. Fig.. Concentration of Ca + Mg. ZÁVĚRY Data získaná z uvedených experimentálních povodí vzhledem k délce pozorování dovolují zatím pouze některé dílčí závěry. Dosavadní výsledky kvantitativních měření zatím potvrzují nenahraditelnou vodohospodářskou funkci lesa resp. vitálního lesního porostu. Jedná se především o vyrovnanost odtokových poměrů během sledovaného období, které nám umožnilo porovnat reakce experimentálních povodí při vydatných deštích i během relativně suché periody. Nejen naše měření, ale i výsledky výzkumů uskutečněných v různých přírodních podmínkách nenaznačují jednoznačnou platnost závislosti odtokového režimu na lesnatosti 7
povodí a že výsledky výše uvedené problematiky jsou do značné míry ovlivněny použitou metodikou a jsou velmi náročné na finanční prostředky i na délku pozorování. Dále je nutné potvrdit závěr, že ochranná funkce lesů má své přírodní meze. Lesní půda je schopná zadržet až 5 mm srážkového úhrnu. Při denních hodnotách vyšších, nebo opakovaných deštích v krátkém časovém intervalu již vzniknou škodlivé povodně bez ohledu na lesnatost povodí nebo jeho druhovou skladbu. Dále je třeba zvážit zda u každého skutečně nebo potenciálně ovlivněného povodí jde především o bilanční změnu vlhkosti způsobenou zejména omezením transpirace nebo o změnu procesu tvorby odtoku. Na tuto problematiku bude zaměřen další výzkum. Pokud se týká kvalitativních ukazatelů, časový vývoj hodnot ph zatím nenaznačuje žádný trend, který by reagoval na rozdílný pokryv jednotlivých povodí. Vedle vlivu stanoviště lze předpokládat i značný vliv odlesnění (M) a zachování odumřelého lesa (M), kdy uvolňující se nitráty při rozkladu organické hmoty nejsou dále asimilovány, ale transportovány odtékající vodou. LITERATURA BOS M.G., 97: Discharge measurement structures. International Institute for Land Reclamation and Improvement /ILRI, Wageningen, 5 pp. HRÁDEK F., KUŘÍK P., PÁNKOVÁ E. & KORYTÁŘ M., : Vliv změny lesních ekosystémů na hydrický režim krajiny. In: Monitoring, výzkum a management ekosystémů NP Šumava, Sborník z konference, Kostelec nad Černými lesy:. KOVÁŘ P. & KŘOVÁK F., 999: Funkce a možnosti krajiny při zvládání extrémních hydrologických jevů. In: Extrémní hydrologické jevy v povodích, Workshop 99 GAČR reg.č. /99/7, Praha: 5. KŘOVÁK F. & KORYTÁŘ M., : Charakteristiky experimentálních povodí. In: Krajina, les a lesní hospodářství, II. díl, Sborník z celostátní konference, Kostelec nad Černými lesy, leden : 5. KUNA P. & KUŘÍK P., 99: Hydrometeorologická měření na Šumavě. Zprávy lesnického výzkumu, ( ): 7 9. KUŘÍK P., PÁNKOVÁ E., KŘOVÁK F. & KORYTÁŘ M., : Vliv změněných podmínek prostředí na hydrický režim krajiny. Ms., nepubl., Grant MŽP ČR 5/97, Výzkumná zpráva LF, ČZU Praha, 7 pp. MÁŠOVÁ L., : Ovlivnění vodního režimu povodí změnou lesního pokryvu ve vybraných povodích NP Šumava. In: Ms., Diplomová práce, Česká Zemědělská Universita Praha: (LF ČZU Praha). RŮŽIČKOVÁ J., OVČÁSKOVÁ I. & HLÁSENSKÝ I., : Chemismus horských toků v oblasti postižené kůrovcovou kalamitou. In: Monitoring, výzkum a management ekosystémů NP Šumava, Sborník z konference, Kostelec nad Černými lesy: 5 55. posl