LESNICKO-HYDROLOGICKÝ VÝZKUM V BESKYDSKÝCH EXPERIMENTÁLNÍCH POVODÍCH

J. Hydrol. Hydromech., 54, 26, 2, 113 122 LESNICKO-HYDROLOGICKÝ VÝZKUM V BESKYDSKÝCH EXPERIMENTÁLNÍCH POVODÍCH MILAN BÍBA 1), ZUZANA OCEÁNSKÁ 2), ZDENĚK VÍCHA 2), MILAN JAŘABÁČ 2) 1) Výzkumný ústav lesního hospodářství a myslivosti, Jíloviště-Strnady 136, CZ-156 4 Praha 5-Zbraslav, Česká republika; mailto: biba@vulhm.cz; 2) Výzkumný ústav lesního hospodářství a myslivosti, pracoviště, Nádražní 2811, CZ-738 1 Frýdek-Místek, Česká republika; mailto: frydek.vulhm@mybox.cz Lesy jsou důležitým faktorem při sledování odtoků vody a částečnou prevencí proti nebezpečným povodním. V listopadu 1927 byla započata třicetiletá měření srážek a odtoků ve dvou representativních povodích s velkým rozdílem v pokrytí lesem, s následujícími lesnickými obnovami. V roce 1953 se započalo měřit ve dvou malých, plně lesnatých experimentálních povodích s důvodem ověřit přibývání vody při lesnickém hospodaření. Po dvanáctileté kalibrační době začala zrychlená lesnická obnova. Obě experimentální povodí byla lépe zpřístupněna lesními cestami. Rozbor plynule zaznamenaných dat až do teď ukazuje, že vztah srážek a odtoků je více závislý na přírodních podnětech než na metodách hospodaření. Velký rozptyl klimatických prvků překonává důsledek hospodaření v obou povodích. Důležitým faktorem odtoků vody je kapacita vodní retence lesních půd (v těchto podmínkách asi 5 mm). Protipovodňové a protierozní funkce lesů jsou evidentní, ale omezené. Intenzita eroze v experimentálních povodích je efektivně tlumena stromy a rostlinami. KLÍČOVÁ SLOVA: srážky a odtoky v Beskydech, dvě experimentální povodí, 52-leté řady měření, obnovy porostů, znečišťování ovzduší. Milan Bíba, Zuzana Oceánská, Zdeněk Vícha, Milan Jařabáč: FOREST-HYDROLOGICAL RESEARCH IN SMALL EXPERIMENTAL CATCHMENTS IN THE BESKYDY MOUNTAINS. J. Hydrol. Hydromech., 54, 26, 2; 5 Refs, 8 Figs. Forests are an important factor to control outflows of water and also partly prevent dangerous floods. In November 1927 two small representative basins with a great difference of percentages of forest cover were set up in the Czechoslovakia to measure precipitations and ouflows during 3 years with the following forest renewal. In 1953 two small fully forested experimental basins were set up with the concept to prove the increase of water resources by forest management. After a 12 year-long calibration period the accelerated forest renewal started. Both experimental basins were better accessed by forest roads. Analyses of data fluently recorded till now show that the relationship of precipitations and runoffs depends more on natural impulses than on management methods of forests. The great scatter of climatic impulses overwhelms the consequences of methods of forest management in both basins. An important factor of outflows of water is the capacity of water retention in forest soils (around 5 mm in this area). Flood and erosion control functions of the forests become to be evident but only in a limited way. The intensity of erosion in experimental basins is effectively dampened by woods and plants. KEY WORDS: Precipitations and Outflows in the Beskydy Mts., Two Experimental Basins, 52-Year Long Time Series of Measurement, Forest Renewal, Air Pollution. Úvod Lesnicko-hydrologický výzkum byl založen v Moravskoslezských Beskydech výnosem MLDP č. 32 452/52-4/2 dne 3. května 1952. Dne 8. ledna 1954 byla vyhlášena část Beskyd na rozloze 99 km 2 vládním usnesením Státní vodohospodářsky důležitou oblastí (SVDO). Tvořilo ji 62,6 % lesní půdy a 31,3 % zemědělské půdy, z níž 15 % zaujímaly pastvou obhospodařované enklávy. V roce 1973 byla vyhlášena Chráněná krajinná oblast Beskydy řízená Správou CHKO sídlící v Rožnově pod Radhoštěm. Zákonem č. 61/1977 Sb. byla vymezena kategorie lesů zvláštního určení. Nařízením vlá- 113

M. Bíba, Z. Oceánská, Z. Vícha, M. Jařabáč dy č. 4/1978 Sb. byly Beskydy vyhlášeny Chráněnou oblastí přirozené akumulace vod CHOPAV. Lesnicko-hydrologickému výzkumu v Beskydech byly uloženy tyto úkoly: stanovit, jakými lesnicko-hospodářskými opatřeními lze účelově posilovat zdroje pitné i užitkové vody pro ostravskou průmyslovou aglomeraci; měřit, zaznamenávat a vyhodnocovat data vybraných prvků srážkově-odtokového procesu k prostudování vodní bilance v malých lesnatých povodích pro omezování vodních ztrát, rozkolísaností průtoků, vrcholů a objemů povodňových vln, nedostatků vody za minimálních průtoků; využíváním poznatků o opakováních, kulminacích a trváních průtokových vln více chránit lesní půdy před poškozováním zrychlenou erozí; bránit soustřeďování povrchově odtékající vody do erodovaných rýh, ustalovat bystřinná koryta tlumením pohybů splavenin a spláví, a to již od prameništ; chránit životy, kulturní a hmotné společenské hodnoty před povodňovými škodami v podhůří ve větších vodních tocích; Dlouhodobé uskutečňování uložených úkolů u- kázalo, že jejich splnění bude možné až po časem i kvalitou náročných měřeních zájmových hydrologických prvků v beskydském prostředí. Tento výzkum pokračuje; jeho stručný popis a hlavní výsledky přehledně uvádíme v tomto příspěvku. Počátky beskydského lesnicko-hydrologického výzkumu, výběr experimentálních povodí Základem prací bylo změřit (Zelený, 196) denní, měsíční a roční srážkové úhrny v Moravskoslezských Beskydech, tvořících část povodí Odry, v letech 1952 až 196, na 42 reprezentujících místech. Nejvyšší průměrné roční úhrny byly naměřeny ve stanicích Frenštát pod Radhoštěm 915,2 mm, Kavalčanky (Bílá) 92,2 mm, Uspolka (Morávka) 1 323,8 mm. Nejvydatnější deště a největší úhrny srážek měla Lysá hora (1323 m), ale na jejím vrcholu nebylo ve výzkumu měřeno, protože tato stanice zůstávala zařazena do sítě meteorologických stanic Českého hydrometeorologického ústavu. Průměrný roční srážkový úhrn v celém masivu Beskyd v letech 1954 až 196 byl 1 1 mm. Od 1. ledna 1956 byly měřeny srážky a odtoky v malém povodí Kamenitý na levém přítoku do bystřiny Lomná pod obcí Horní Lomná u Jablunkova. Povodí leží mezi 586 až 947 m nad mořem a má plochu,924 km 2, na níž bylo 72 % pokryto lesem a 28 % zaujímala enkláva. Průměrný sklon svahů v povodí je 4,8 %. Půdy tam tvoří hlinité až silně hlinité písky na deskovitém pískovci a břidlici svrchních vrstev godulských v podloží. Bylo naměřeno, že z lesa ročně odtékalo průměrně q a = 16,95 l/s km 2 a z enklávy q a = 2,47 l/s km 2. Dnem 31. prosince 196 bylo měření skončeno. Od 1. ledna 1957 do 31. prosince 1959 se měřilo v povodí Zimný na levém přítoku bystřiny Mohelnice v obci Krásná. Leží mezi 63 až 1324 m nadmořské výšky s vrcholem Lysé hory. Má plochu 3,725 km 2 a průměrný sklon svahů 4,9 %. Půdy, geologický původ a druh podloží jsou obdobné jako na Kamenitém. Les na něm pokrývá 98,6 % plochy povodí, zůstatek připadá na lesní cesty. Průměrný roční specifický průtok tam byl q a = 24,4 l/s km 2. Pro stálé odběry vody i v suchých obdobích roků do frýdeckého vodovodu již nad zkoumaným měrným profilem bylo nutné k 31. prosinci 1959 tento úkol skončit. Od 1. listopadu 1953 byla uskutečňována klimatická a hydrologická měření v experimentálních povodích Červík (CE) na levostranném přítoku Ostravice (nyní ústícího do vodárenské nádrže Šance) ve Starých Hamrech, a Malá Ráztoka (MR) v Trojanovicích na pramenné větvi bystřiny Lomné zprava ústící do Lubiny ve Frenštátě pod Radhoštěm. Obě měření pokračují. Povodí Červík (CE): jeho polohu blíže uvádíme na 18 22 52 18 24 27 vých. zem. délky od Gr. a 49 26 4 49 27 3 sev. zem. šířky. Reprezentuje tzv. Zadní hory v Beskydech. V jeho podloží jsou odolnější godulské pískovce a méně odolné lupky shora pokryté jílovito-hlinitou zeminou ve vrstvě nepřesahující 1 m. Je v nadmořské výšce 64 až 961 m. Má plochu 1,85 km 2 a průměrný sklon úbočí 3,4 %. Pro účel výzkumu bylo rozděleno na levé podpovodí CE-A s výměrou,882 km 2 a pravé podpovodí CE-B s,843 km 2. Je plně lesnaté se smrkovými porosty. Po ukončení kalibrace srážek a odtoků před počátkem porostních obnov v roce 1966 byly v CE postaveny lesní cesty 1 L s délkou 3,5 km a 2 L s délkou 2 km, s hustotou 29,73 m ha -1 plochy povodí. Podle experimentálního záměru byl les v CE-A průběhem let 1966 1981 intenzivně, ale v následujících letech již méně výrazně obnovován. Povodí CE se stalo reprezentativním. Do konce roku 1994 bylo v CE-A plošně zmýceno 95 % porostů a obnovováno smrkem jen s 1% zastoupením buku. Podpovodí CE-B po celé období téměř není mýceno pro možnost vyhodnocování změn a rozdílů odtoků vody v porovnání s CE-A. Časový průběh intenzit porostních obnov je patrný z obr. 3. 114

Lesnicko-hydrologický výzkum v beskydských experimentálních povodích 16 14 12 Hs Ho Polynomický (Hs) Polynomický (Ho) 18 16 14 Hs Ho Polynomický (Hs) Polynomický (Ho) mm 1 8 mm 12 1 8 6 6 4 4 2 2 1954 1964 1974 1984 1994 1954 1964 1974 1984 1994 Obr. 1. Výšky srážek a odtoků v období let 1954 až 25 na povodích Červík (vlevo) a Malá Ráztoka (vpravo). Fig.1. Precipitations and outflows between years 1954 25 in the Červík (left) and Malá Ráztoka (right) watershed. 4 54-79 5 54-79 odtoky (mm) 3 8-5 R 2 =,9998 odtoky(mm) 4 3 8-5 R 2 =,9995 1 1 1 3 4 5 6 7 srážky (mm) 1 3 4 5 6 7 8 srážky (mm) Obr. 2. Dvojitá součtová čára srážek a odtoků na povodí Červík (vlevo) a Malá Ráztoka (vpravo). Fig. 2. Double mass curve in the Červík (left) and Malá Ráztoka (right) watershed. m 3 7 6 5 4 3 1 1954 1956 1958 196 1962 1964 1966 1968 197 1972 1974 1976 1978 198 1982 1984 1986 1988 199 1992 1994 1996 1998 22 m 3 5 45 4 35 3 25 15 1 5 1954 1956 1958 196 1962 1964 1966 1968 197 1972 1974 1976 1978 198 1982 1984 1986 1988 199 1992 1994 1996 1998 22 Obr. 3. Objem těžeb v jednotlivých letech [m 3 ] na povodí Červík (vlevo) a Malá Ráztoka (vpravo). Fig. 3. Yearly volumes of felling [m 3 ] in the Červík (left) and Malá Ráztoka (right) watershed. 115

M. Bíba, Z. Oceánská, Z. Vícha, M. Jařabáč 3 25 15 35 3 25 15 1 1 5 5 1954 1964 1974 1984 1994 1954 1964 1974 1984 1994 Obr. 4. Kulminační průtoky [l s -1 km -2 ] za období let 1954 25 na povodí Červík (vlevo) a Malá Ráztoka (vpravo). Fig.4. Peak discharges [l s -1 km -2 ] between 1954 25 in the Červík (left) and Malá Ráztoka (right) watershed. Povodí Malá Ráztoka (MR) je na 18 15 1 18 16 4 vých. zem. délky od Gr. a 49 29 38 49 3 35 sev. zem. šířky. Reprezentuje Přední hory Beskyd tvořené godulskými a lhoteckými vrstvami flyšové facie křídového útvaru s pískovci a břidlicemi pokrytými hnědou lesní půdou. Je v nadmořské výšce 61,9 až 1 83,8 m s průměrnými sklony svahů 48,6 %. Je otevřeno k NW. Nebylo ochráněno před imisemi zejména z průmyslového Ostravska. V povodí je 11,5 km lesních cest 2 L s hustotou 55,56 m ha -1. Dosud bylo obnoveno víc než 8 % jeho plochy. Podařilo se v něm podle výzkumného záměru původních 35,8 % plochy povodí porostlé bukem nahradit výlučně smrkem. Časový a plošný průběh obnovy je znázorněn na obr. 3. Meteorologická a hydrologická měření Měsíční a roční srážkové úhrny jsou v povodích CE a MR měřeny čtyřmi totalizátory, z nichž tři jsou umístěny na rozvodnici a jeden je ve středu povodí na úpatí svahů. Výška srážek dopadajících na povodí je počítána polygonovou metodou podle Hortona plošně procentuálními podíly. Kromě toho jsou na povodích měřeny denní dešťové úhrny ombrometry a zaznamenávány pluviografy. Dále se měří teplota vzduchu, vody, síla a trvání slunečního svitu. Závěrem devadesátých let byly v MR po tři roky měřeny sací tlaky půdní vody pod smrkem, bukem a na volné ploše. Průtoky vody jsou na povodích CE a MR měřeny v otevřených žlabech ze žulového zdiva s obdélníkovými průtočnými profily. Dolní přepady vody jsou upraveny pro měření minimálních průtoků nádobou. Stav hladiny ve žlabech je pozorovateli denně odečítán na vodočtu, kontinuálně zapisován limnigrafy Ott, od roku 1998 též inteligentními ultrazvukovými sondami US 3 s minutovými záznamy ukládanými do paměti. Měrné žlaby pod dílčími povodími CE-A a CE-B byly postaveny až na počátku šedesátých let z žel.-bet. panelů. Mají žlábek ve dně umožňující přesnější měření nejnižších průtoků. Poloha hladiny je i v nich měřena ultrazvukovou sondou. Pro tři žlaby v CE a jeden v MR byly po opakovaných měřeních průtoků nádobou a hydrologickou vrtulí upraveny konzumpční křivky, a jejich správnost je prověřována. Meteorologické stanice se základními přístroji jsou denně obsluhovány pozorovateli na obou povodích. V roce 1998 byly vybaveny překlápěcími srážkoměry SR 2, senzory teploty vzduchu a absolutní vlhkosti HST 42 pro monitorování jednotkou MS 16, se solárními panely dobíjejícími akumulátory. Přehled naměřených dat V letech 1954 až 25 byla naměřena na povodí Červík tato meteorologická a hydrologická data: roční srážkové úhrny kolísaly v CE od 756,4 mm (1964) do 1 447,1 mm (1977) s průměrem 1 124,9 mm, a to v intervalu ± 3 % kolem průměru (obr. 1). Měsíční úhrny byly od 2 mm (12 1972) do 439,4 mm (7 1997), viz obr. 6. V průběhu regionálního deště 3. 9. 7. 1997 spadlo 352, mm. Nejvyšší denní srážkový úhrn byl 18. 7. 197 149 mm. Dnů bez deště průběhem roků bylo od 13 do 214 s průměrným počtem 18. Dnů s deštěm >,1 mm bylo 144 až 262 ročně, v průměru 194, s deštěm > než 3 mm 8, průměrně 3. V celém období výzkumu bylo v CE zaznamenáno 5 dešťů s denním úhr- 116

Lesnicko-hydrologický výzkum v beskydských experimentálních povodích Ho - výška odtoků v mm 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 25 21 R 2 =,91 R 2 =,8834 54-79 8-5 Lineární (54-79) Lineární (8-5) 22 1, 23, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 1, 11, Hs - výška srážek v mm Ho- výška odtoků v mm 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 54-79 8-5 Lineární (8-5) Lineární (54-79) 2 R 2 =,633 R 2 =,945 1, 23, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 1, 11, Hs- výška srážek v mm Obr. 5. Závislost odtoků na srážkách v teplých obdobích let 1954 až 1979 a let 198 až 25 na povodí Červík (vlevo) a Malá Ráztoka (vpravo). Fig. 5. Dependence of outflows in rainfalls during warm periods between 1954 1979 and 198 25 years in the Červík (left) and Malá Ráztoka (right) watershed. nem > 1 mm a 2 s úhrny 8 až 1 mm. V MR bylo 8 denních úhrnů > 1 mm a 6 s úhrny 8 až do 1 mm. Výška nového sněhu v průběhu zim byla 136 až 515 cm, průměrně 4 mm, z něhož podstatná část vždy v zimních oblevách odtála. Průměrné roční teploty byly 4,6 až 8,2 C, s průměrem 6,5 C. Roční sluneční svit trval 921 až 1 51 hodin. Nejnižší teplota vzduchu byla v únoru 1956 32,6 C, nejvyšší v červenci 1957 35,2 C. Arktických dnů s denním maximem teploty < 1 C bylo až 13, průměrně 2 dny v roce, tropických s denním maximem > 3 C bylo až 14, průměrně 3 dny v roce. Na povodí MR kolísal roční srážkový úhrn mezi 841,9 mm (1954) až 1 78,8 mm (1966) s průměrem 1 242,8 mm (obr. 1). Měsíční úhrny kolísaly od 4 mm (9 1959) do 66, mm (7 1997) obr. 6. Úhrn z regionálního deště ve dnech 3. 9. 7. 1997 byl 49,9 mm. Nejvyšší denní dešťový úhrn byl 199, mm dne 6. 7. 1997. Dnů bez deště bylo 13 (197) až 246 (1992) ročně, průměrně 183. Počet dnů s deštěm >,1 mm bylo 12 až 3, průměrně 159, s deštěm > 3 mm 1 až 13, průměrně 5 za rok. Úhrnné výšky nového sněhu byly za celé chladné údobí roků 66 až 424 cm, průměrně 259 cm. Průměrné roční teploty byly od 5,6 do 8,6 C, průměrně 6,8 C. Sluneční svit trval 963 až 1 542 hodin ročně. Teplotní minimum bylo v únoru 1956 31,5 C, maximum v červenci 1957 36,5 C. Arktických dnů bylo až 16, průměrně 2,1; tropických až 19, s průměrem 3,5 ročně. V koloběhu vody lesním prostředím se bilančně mění její množství evapotranspirací (ETP). Její nejmenší roční úhrn byl v CE 226,2 mm (1997) a největší 691,3 mm (1967). Složitým, a ne plně vysvětleným byl úhrn ETP na povodí MR: největší byl 744,4 mm (1998), ale v letech 198, 1987 1989 a 1991 byl úhrn ETP větší než roční srážkový úhrn, nejvíce o 22,1 mm v roce 1988. Na hodnotě ETP se podílel komplex jiných místních vlivů, ale bez zřejmých příčin a analogií na povodí CE. Roční úhrny odtokových množství vody v CE kolísaly od 361, mm (1964) do 971,8 mm (1997), viz obr. 1, roční průměrné specifické průtoky q a od 11,4 l/s km 2 (1964) do 3,8 l/s km 2 (1997). Na povodí MR byly obdobně hodnoty od 519,2 mm (1954) do 1 438,2 mm (198); specifické průtoky q a od 16, l/s km 2 (23) do 45,6 l/s km 2 (198). V CE byl maximálním průměrný denní průtok q dmax = = 694 l/s km 2 (8. 8. 1985) a kulminační průtok q max = 2 416 l/s km 2 (1. 8. 1971); v MR byl q dmax = = 1 93 l/s km 2 (8. 8. 1985) a q max = 3 256 l/s km 2 (25. 7. 1966), viz obr. 4. Nejmenší denní průtok byl v CE q min,62 l/s km 2 (3. a 4. 12. 1959) a v MR q min =,92 l/s km 2 (27. 29. 1. 1959, 1. 8. 11. 1989, 1. 17. 1., 29. 1. ). Průměrný denní průtok q a za hydrologické roky 1954 až 25 byl v CE 2,5 l/s km 2 a v MR 28,9 l/s km 2. Roční odtokový součinitel ϕ (Ho/Hs) byl v CE nejmenší,43 (1976), největší,81 (1997), průměrný,57 (1954 25); v MR byl nejmenší,47 (1961), největší 1,19 (1988), průměrný,74 (1954 25). 117

M. Bíba, Z. Oceánská, Z. Vícha, M. Jařabáč Poznatky z beskydského lesnicko-hydrologického experimentu Původní zadání úkolu se projevilo náročným. Složitě hydrodynamicky spolupůsobících prvků je v lesním prostředí mnoho. Rozhodující vlivy mezi prvky srážkově-odtokového režimu v tomto experimentu byly statisticky posouzeny ze získávaných časových řad naměřených dat, ale poznatky občas brání doporučením některých stěžejních hospodářských instrukcí. Základy vodního koloběhu v lesním prostředí tvoří srážky v teplém ročním období (zde určeno na období VI. IX.). V Beskydech se místně projevuje mírný dešťový stín, který v zadních horách snižuje jejich úhrny proti předním horám asi o 1 %. Deště s denními úhrny < 2 mm tam početně převažovaly; vsakovaly do lesní půdy a vyrovnávaly průběhy odtoků. Nejvydatnějšími vždy byly bouřkové lijáky v letních měsících, jejichž jádro intenzitou krátce přesáhlo 2 mm min -1 a trvaly 1 až 2 hodiny; jejich úhrn byl 6 až 8 mm. Voda z nich prudce odtékající po povrchu sytila lesní půdu. Obě experimentální povodí, ač vzdálená od sebe jen 1 km, nebývají intenzivními lijáky zasažena současně a vydatně. Podle záznamů byla polovina bouřek v noci a vždy jen v teplém ročním údobí. Vydatnějšími a naštěstí málo častými bývají regionální deště jsou až 1x méně intenzivní než bouřkové lijáky, ale výjimečně trvají až 8 hodin, a potom i jejich úhrn bývá velký. Mimořádnou pohromou byl déšť od 5. do 9. července 1997 s typicky plošně odtékající vodou i na povrchu lesních půd, postupně soustřeďovanou do rýh a do koryt bystřin. V červenci 1997 v Beskydech i v srpnu 22 jinde na území ČR se prokázalo, že lesy na prameništích a horských svazích nemohou vzniku ničivých povodní zabránit, protože jejich retenční a retardační schopnosti jsou všude v přírodě omezeny. Na povodí CE bylo v letech 1954 25 zaznamenáno 12 povodní s vrcholy průtoků q max > 6 l/s km 2 včetně a 7 s vrcholy q max > 1 l/s km 2. Na MR bylo ve stejném období zaznamenáno 17 kulminací s q max > 6 l/s km 2 včetně a 1 s q max > 1 l/s km 2 (obr. 4). Takové průtoky zrychlují bystřinnou erozi, přemísťují splaveniny i spláví, mění tvary koryt, působí veliké škody na objektech v podhůří postihovaném povodněmi. Důležitým meteorologickým bilančním prvkem je sníh: počátky sněžení, trvání a vodní vydatnost sněhové pokrývky. Bylo nutné mít v patrnosti nepravidelná ukládání sněhové pokrývky podle tvarů terénu, expozic, větrných poměrů, taxačních charakteristik lesa aj. Vodní zásoby a odtoky mají v klimatu chladných ročních údobí (zde XI. V.) ztlumenou dynamiku. Podle vývoje sněhové pokrývky proto byly měřeny v povodích pro orientaci a zpřesňování dat plošně a opakovaně vodní zásoby sněhu. Položkou vodní bilance je intercepce vody korunami stromů. Nejvíce byla ovlivňována nadmořskou výškou, stářím a zápojem porostů, skladbou dřevin. Na malém vodním oběhu a na bilanci lesního prostředí se podílí stok po kmenech stromů. Na dřevinách s hrubší kůrou (smrk) byl malý, ale po kmenech buků stékalo až 2 % z dešťového úhrnu ve volnu. 18, 16, Hs Ho 18, 16, Hs Ho 14, 14, 12, 12, 1, 1, mm 8, mm 8, 6, 6, 4, 4, 2, 2,, XI XII I II III IV V VI VII VIII IX X měsíc, XI XII I II III IV V VI VII VIII IX X měsíc Obr. 6. Průměrné měsíční úhrny srážek a odtoků v letech 1954 až 25 na povodí Červík (vlevo) a Malá Ráztoka (vpravo). Fig. 6. Average monthly sums of precipitations and outflows during 1954 25 in the Červík (left) and Malá Ráztoka (right) watershed. 118

Lesnicko-hydrologický výzkum v beskydských experimentálních povodích Velká pozornost náleží vodním účinkům lesní půdy. Podle podrobného stanovištního průzkumu (Oblastní plán rozvoje lesů, PLO 4 Moravskoslezské Beskydy) jsou v povodích CE a MR zastoupeny: kambizem, výrazně převládající živná a obohacená humusem. Jen místy je kyselá, obohacená vodou, podmáčená, oglejená. V MR je i bazický pseudoglej, v 5. a plošně velmi málo v 6. výškovém vegetačním stupni (Holuša et al., 21). Hydropedologické vlastnosti těchto půd dosud nebyly podrobně prozkoumány. Vsak vody do lesní půdy je jedním z rozhodujících činitelů tvorby odtoků z povodí. Plošně a povrchově odtéká voda na povrchu lesních půd časově i množstvím velmi málo. Povrchový odtok je soustřeďován přibližovacími liniemi, lesními cestami i manipulačními plochami s málo propustnými povrchy, které však na CE a MR plošně nepřesahují 3 %. Průtokové vlny jsou urychlovány úměrně k podílům ploch bez vsaků. Ze srovnávání dat nejvyšších průtoků za období kalibrace povodí CE a MR v letech 1954 1966 následovaných obnovami však není takové ovlivňování vzniků a průběhů vln průkazným. Mezi nasyceností povodí, především lesní půdy, a specifickým odtokem q spec je vztah, který se ú- měrně k síle deště spolu s jinými hydrologickými prvky podílí na tvorbě průtokové vlny. Bylo zjištěno, že nejsilnější (nejintenzivnější či dlouhotrvající) déšť byl na CE a MR následován vrcholem průtokových vln po 25 až 4-minutovém časovém odstupu. To též bylo měřítkem pro trvání povrchového odtoku. Podpovrchově odtékající voda se podílela na průtoku vždy jen v nejbližších hodinách a dnech, ne však déle než 6 až 1 dnů. Potom již byla výtoková čára zpravidla ovlivňována novým deštěm. Retence vody v povodí závisela na jeho nasycení počátkem deště, na průbězích vsaků a průsaků vody do podloží. Podle rozborů dat ze zkoumaných malých povodí bylo z vydatných dešťů v půdě pohotově zadržováno od 2 do 8 mm, průměrně jen asi 5 mm vody. Proto není možné z rozborů hydrologických dat doložit změny průtokového režimu působením imisí, zrychlením porostních obnov nebo jiných lesnicko-hospodářských činností. Utváření odtoků z experimentálních povodí vždy záviselo na meteorologických příčinách. Statistické rozbory naměřených dat Na počátku řešení tohoto úkolu se předpokládalo, že změny odtoků na malých, lesnatých, horských povodích budou snadno prokázány bilanční rovnicí z období kalibrace měření v těžebním klidu, a následně v období se zrychlenou porostní obnovou s případnou úpravou dřevinné skladby a po něm. Jednoduchým vyřešením bilanční rovnice však nebylo možné očekávané změny pohotově prokázat. Aritmetický průměr naměřených dat je příliš statická veličina, která pro taková řešení nevyhovuje. Výpočty musí být uskutečňovány v rámci přirozených rozptylů dat statistickými metodami. Z analýzy korelačního srážkově-odtokového vztahu bylo zjištěno, že rozptyl ročních úhrnů srážek a odtoků kolem vyrovnávající regresní přímky je asi ±3 %. Je však zatěžován chybami z měření i jinými vnějšími vlivy. Vyhodnotit vlivy lidských činností na srážkově-odtokový proces v rámci poměrně volných korelačních vztahů je velmi obtížné. Proto byl uskutečňen pokus snížit rozptyly bodů kolem regresní přímky výpočty vícenásobných korelačních závislostí. Jejich použitím se snížil reziduální rozptyl proti prostému srážkověodtokovému vztahu, ale mnohonásobnou regresní analýzou nebylo možné jednoznačně kvantifikovat míru ovlivnění odtoků porostní obnovou. V povodí MR se vliv těžeb na odtoky projevil dočasně statisticky významně, v povodí CE ne, což je zřejmé i z obr. 2. Bylo nutné se zaměřit na kratší období: na kulminační průtoky povodňových vln, jejich objemy a vyhodnotit výtokové čáry. Bylo zjištěno, že v MR ani v CE se kulminace průtokových vln po 5 až 8% plošném podílu těžeb nezvýšily. Podle podrobnějšího vyhodnocení povodňových vln v MR nedošlo ani ke zvýšení jejich objemů. Jejich opakování naštěstí nejsou častá. Úhrny odtoků ze zkoumaných povodí se rozhodujícím způsobem utvářely úměrně k úhrnům srážek. Závislost odtoků na srážkách byla lineární a velmi těsná (obr. 5). Úhrny odtoků po těžbě se zvýšily úměrně jen po víc než 5% plošném zmýcení bukových porostů v MR. Z rozborů výtokových čar bylo zjištěno, že odtoky jsou ovlivňovány vodní kapacitou lesní půdy. Před hodnocením antropogenního ovlivňování srážkově-odtokového procesu je nutné očistit odtokové řady od klimatických vlivů. Disponibilní vodu nelze vypočítat z dílčích složek vodní bilance mnohdy naměřených jen na elementárních ploškách nebo i mimo zkoumaná povodí. Výzkum musí mít vždy na zřeteli ekosystém jako fungující celek. Přírůstky naměřených dat, zejména délky časových řad, a také nová matematická řešení toho úkolu s využíváním dokonalejší výpočetní techniky 119

M. Bíba, Z. Oceánská, Z. Vícha, M. Jařabáč Obr. 7. Letecký snímek povodí Malá Ráztoka. (Foto: Ing. Vondra 25.) Fig. 7. Aerial view of the Malá Ráztoka watershed. (Photo: Ing. Vondra 25.) Obr. 8. Letecký snímek povodí Červík. (Foto: Ing. Vondra 25.) Fig. 8. Aerial view of the Červík watershed. (Photo: Ing. Vondra 25.) 12

Lesnicko-hydrologický výzkum v beskydských experimentálních povodích potvrzují, že výzkum vodních účinků lesů v malých povodích ještě není ukončen. Teprve objektivně ověřené poznatky a závěry etap výzkumů bude možné využívat v konkrétních realizačních výstupech. Závěrečná doporučení Vodní účinky lesů je třeba hodnotit podle dat naměřených v mnohaletých a homogenních řadách. Roční průběhy klimatu je třeba na našem území členit na chladná a teplá období ovlivňovaná ještě i místními podmínkami. Každé povodí se specificky liší od blízkých podle místních, geografických a meteorologických podmínek. Pro odlišování změn podle růzností vztahů musí být vyhodnocovány dlouhé časové řady dat. Lesní provoz musí cílevědomě bránit povrchovému i rychlému podpovrchovému odtoku, musí však podporovat průsak vody lesní půdou, retardaci a retenci odtoků, i když jen s omezenými účinky. Působení vody v lesním ekosystému by mělo být zahrnováno do plánů i denního provozu lesního hospodářství. Je třeba objektivizovat a optimalizovat vodní účinky lesů v krajinném prostředí podle výsledků a poznatků z měření vodního režimu. Neověřené metody a doporučení nemají reálné výstupy vhodné pro jejich uplatňování. K historii výzkumu v beskydských experimentálních povodích Na plnění lesnicko-hydrologického výzkumu v beskydských experimentálních povodích se od 1. listopadu 1953 podílelo 7 koordinátorů prací, 3 vědečtí pracovníci, 12 inženýrsko-technických pracovníků, 3 asistentky a 13 pozorovatelů. Iniciátorům tohoto výzkumu, spolupracovníkům i oponentům ročních dílčích závěrečných zpráv náleží uznání za jejich úsilí podílet se na výzkumu hydrologického režimu v lesním prostředí. Stěžejními řešiteli tohoto dílčího výzkumného úkolu byli Václav Zelený (1914 1999) v letech 1952 až 198, Alois Chlebek (1942) v letech 1961 až a Milan Jařabáč (193) v letech 198 až 1991, jímž náleží společenské uznání. Poděkování. Příspěvek byl zpracován v rámci výzkumného projektu NAZV QF 313 Vývoj hydrického působení lesů malých horských povodí, řešeného ve VÚLHM Jíloviště-Strnady. Autoři článku by rádi vyjádřili za tuto podporu svůj dík. LITERATURA HOLUŠA J. et al., 21: Oblastní plán rozvoje lesů 4 Moravskoslezské Beskydy. Středisko ÚHUL Frýdek-Místek. CHLEBEK A., 1987: Malá Ráztoka a Červík Vyhodnocení 32letých řad měření srážek a odtoků. Atestační práce, VÚLHM Jíloviště-Strnady, 13 s. CHLEBEK A., JAŘABÁČ M., 1995: 4 let lesnickohydrologického výzkumu v Beskydech 1953 1993. VÚLHM Jíloviště-Strnady, Lesnický průvodce, 1995, 2, 3 s. a příl. VÁLEK Z., 1977: Lesní dřeviny jako vodohospodářský a protierozní činitel. SZN, Praha, 13 s. ZELENÝ V., 1979: Výsledky lesnicko-hydrologického výzkumu v experimentálních beskydských povodích. Vodohosp. Čas., 27, 6, s. 584 6. Soupis 52 dílčích závěrečných zpráv výzkumného úkolu a 37 publikovaných prací o lesnicko-hydrologickém výzkumu v Moravskoslezských Beskydech včetně zrychlené eroze lesních půd a bystřinných koryt není pro obsáhlost k této studii připojen, ale pro odborné zájemce o podrobnější studia výsledků je k dispozici u spoluautorů tohoto příspěvku. Došlo 15. decembra 25 Štúdia prijatá 16. februára 26 FOREST-HYDROLOGICAL RESEARCH IN SMALL EXPERIMENTAL CATCHMENTS IN THE BESKYDY MOUNTAINS Milan Bíba, Zuzana Oceánská, Zdeněk Vícha, Milan Jařabáč Earlier it was assumed that the poor management of forests in mountainous basins cause a very unfavourable budget of water and accelerated soil and rill erosion. This will cause more often repeated floods with higher peaks of outflow waves as they were for example in 1997 and 22. However, our long-term measurements in small, fully forested, experimental watersheds in the north-east part of Moravian region, Czech Republic, rather disturb the existing ideas of significant effects of forests to protect basins of headwaters and torrents against accelerated erosion of soils, rills and torrent beds. A detailed explanation of this problem is not easy. The investigations with measurements began in the Beskydy Mts. in two experimental watersheds at the end of 1953 (Figs 7, 8). After a 12-year long calibration period the forests were quickly renewed (Fig. 3). The watersheds were provided by roads to forest stands. In seventies and eighties the forests were strongly affected by air pollutions. It seemed that the slopes were much damaged by mechanized technologies of felling but soon they were improved naturally. Climatic elements, first of all rainfalls and discharges, were measured thoroughly but digitalized instruments are used from 1998. The evaluations of long-term evaluations show that the water regime of forests depends mostly on fluctuations of climatic elements. However, up to the present 121

M. Bíba, Z. Oceánská, Z. Vícha, M. Jařabáč days we cannot surely say that we have found great differences being caused by human activities. But this is still no argument that human being is more clever than the nature. The publics were more affected by flooding during the last years and the clearing of polluted water was more important than the use of water resources in our region in the last time. The frequency of waves was not very high (Fig. 4). That is why the prevention against floods was subordinated to other problems. In our small forested watersheds we found out that soils were not able to hold up more than 5 mm of rainwater, the surplus had to flow quickly out and the forests could not slowdown the wave significantly. We are interested in recession lines of outflows as well. They are most formed by main natural elements of watersheds. We distributed the outflow sums between the calibration period and the time of forest renewal with air pollutions (Fig. 5). The comparison showed that the second period gave more water but the differences were not very significant and the water practically not used. There is a question: is it correct to leave all torrent control works often demanded by service of protection of nature in our region? It is clear, however, that every flooding following rainstorms or long-term regional rains cannot be fully prevented by an expedient management of forests. All events are passing in the nature in open intervals. It is concerning forests too. They are formed systematically as the best community in the mountainous areas but their functions are naturally limited. Excessive commercial usage of them is prohibited. 122