You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
Projekt VaV <strong>SP</strong>/1a6/<strong>151</strong>/<strong>07</strong><br />
„Hodnocení vlivu klimatických zmn na hydrologickou bilanci a návrh<br />
praktických opatení ke zmírnní jejich dopad“<br />
Pedstavení a hlavní cíle projektu<br />
(shrnutí)<br />
Projekt VaV <strong>SP</strong>/1a6/<strong>151</strong>/<strong>07</strong> zajišovala pro Ministerstvo životního prostedí (MŽP) eská<br />
geologická služba ( GS) v rámci Resortního programu výzkumu v psobnosti MŽP<br />
v souladu se zásadami Státní politiky životního prostedí v letech 20<strong>07</strong> až 2011. Výsledky<br />
projektu pispívají pedevším k ešení dvou dlouhodobých základních smr výzkumu, a to<br />
udržitelného rozvoje (dopady klimatické zmny a opatení na její zmírnní, zpesnní odhad<br />
dopad klimatické zmny na kolobh látek, hydrologickou bilanci, extrémní hydrologické<br />
jevy a vodní zdroje v R) a bezpenostního výzkumu (ochrana ped následky živelních<br />
pohrom). Krom koordinátora projektu, eské geologické služby, se na jeho ešení podílel<br />
také Ústav pro hydrodynamiku AV R, v.v.i. (ÚH AV R).<br />
V rámci ešení projektu byly postupn naplovány zejména tyto cíle:<br />
• modelování regionální hydrologické bilance pi rzných scénáích vývoje klimatu;<br />
• vyhodnocení dlouhodobých zmn teplot a srážek na odtokové pomry a<br />
vyhodnocení výskytu extrémních událostí (povodn, sucho);<br />
• vytvoení koncepního modelu napájení a tvorby odtoku z povodí pomocí izotop<br />
18 O a 15 N a koncepního modelu napájení a tvorby odtoku z povodí pomocí<br />
hydrologických model (nap. Sacramento SAC-SMA, RETU, BOOK90, SWIM);<br />
• vytvoení bilance environmentáln významných prvk a slouenin (Ca, Mg, K,<br />
SO4, NO3, DOC a DON) pi zmnných hydrologických pomrech;<br />
• vytvoení „realistického“ a dynamického pístupu k modelování vývoje chemismu<br />
povrchových vod a pd pomocí geochemického modelu (MAGIC);<br />
• vyhodnocení možných rizik spojených s narušením ekosystémových funkcí<br />
(retence dusíku, regenerace z acidifikace) v dsledku výskytu abnormálních jev<br />
(povode, sucho);<br />
• kvantifikování kritických a cílových zátží s využitím geochemického modelu<br />
VSD v návaznosti na klimatické scénáe;<br />
• extrapolace získaných údaj z povodí sít GEOMON (v desítkách až stovkách ha)<br />
na vtší krajinné celky (v desítkách km 2 ); porovnáním s výsledky prací založených<br />
na vyhodnocení celorepublikového mapování povrchových vod v GS<br />
a monitoringu malých povodí v síti GEOMON; a<br />
• vytvoení map ekostabilizaních opatení v krajin jako úinného nástroje<br />
vyrovnání se s pedpokládanou zmnou klimatu.<br />
2
Pro naplnní tchto cíl byl nezbytný zejména terénní monitoring kolobhu vody a<br />
chemických prvk, modelová predikce zmn tohoto kolobhu v lesních ekosystémech,<br />
stanovení kritických a cílových zátží lesních ekosystém, dále byly vytvoeny návrhy<br />
biotechnických protierozních a revitalizaních opatení a návrh systému vasné výstrahy ped<br />
bleskovými povodnmi. Tyto a další informace týkající se ešení jsou shrnuty v závrené<br />
zpráv k projektu, kterou tvoí 5 tematických kapitol (k dispozici pouze v eštin). Výsledky<br />
projektu byly publikovány v mezinárodních vdeckých impaktovaných asopisech (nap.<br />
Ecological Modelling, Climate Research, Hydrology and Earth System Sciences) i v eských<br />
vdeckých asopisech a sbornících. Krom toho byly výsledky projektu prezentovány na 6.<br />
konferenci BIOGEOMON v roce 2009 v Helsinkách (tradice tchto konferencí byla eskou<br />
geologickou službou založena v Praze v roce 1987) a na 8. konferenci ACID RAIN v roce<br />
2011 v Pekingu. Spoluešitel projektu ÚH AV R dále uspoádal dv konference s názvem<br />
„Hydrologie malého povodí“, které také piblížily výsledky projektu. Informace o projektu je<br />
rovnž publikována na webové stránce GS www.geology.cz.<br />
ešení projektu<br />
Pro zpesnní dosavadních odhad dopadu klimatické zmny na látkovou a hydrologickou<br />
bilanci a extrémní hydrologické jevy byla vybrána lesní povodí sít GEOMON. Jedná se o sí<br />
malých povodí v pramenných oblastech o velikosti desítek až stovek hektar, která byla<br />
zvolena tak, aby reprezentovala hydrologický režim rzných oblastí. Povodí jsou lokalizována<br />
v oblasti Šumavy (povodí Liz LIZ a Spálenec <strong>SP</strong>A, <strong>SP</strong>A skonen monitoring, nahrazeno<br />
povodím Litavka LIT v Brdech), Slavkovského lesa (Lysina LYS a Pluhv bor PLB),<br />
Krušných hor (Jezeí JEZ), Jizerských hor (Uhlíská UHL), Krkonoš (Modrý potok MOD),<br />
Orlických hor (U dvou louek UDL), Beskyd ( ervík CER), na eskomoravské vrchovin<br />
(povodí Anenský potok ANE, Salaova Lhota SAL, Loukov LKV), v Železných horách<br />
(Polomka POM), v blízkosti pražské aglomerace v Benešovské pahorkatin (Lesní potok<br />
LES). Se systematickým monitoringem se na 14 povodích zaalo nejpozdji v roce 1995<br />
(mimo povodí Litavka, které bylo do sít zaazeno v roce 2006 jako náhrada za povodí<br />
Spálenec), tak byly získány jedinené ady dlouhé minimáln 16 let. Dvodem k výbru<br />
lesních povodí byla skutenost, že les je v našich podmínkách nejlepším piblížením<br />
pirozenému ekosystému, ale zárove vykazuje náchylnost k okyselování zejména ve<br />
smrkových monokulturách. Kyselá atmosférická depozice zpsobuje narušení sledovaných<br />
ekosystém zejména v pípad, kdy podloží tvoí metamorfované a magmatické horniny<br />
pevážn granitoidy, což je pípad vtšiny horských oblastí R. Zárove je také<br />
nejvhodnjším ekosystémem ke studiu vlivu extrémních hydrologických situací (povodní a<br />
dlouhodobého sucha) v podmínkách R. Jedná se o povodí 1. ádu (v relativním systému dle<br />
Strahlera), tedy pramenné úseky, kde se povodová situace projevuje nejdíve.<br />
Monitorování kolobhu vody a chemických prvk a jeho modelování na síti povodí<br />
GEOMON pedstavovalo klíovou ást celého projektu. Modelování bylo provedeno také na<br />
povodích stední velikosti o ploše stovek až tisíc kilometr tvereních na ekách Otav,<br />
Cidlin a Malši.<br />
Dosažené výstupy projektu jsou rozdleny do tí tematických okruh. První okruh se zabývá<br />
monitoringem a sbrem dat, hodnocením mených údaj a modelováním. Druhý okruh<br />
pedstavuje simulaci budoucího vývoje vodní bilance a s tím úzce související zmny<br />
látkových tok. Ve tetím okruhu jsou prezentována adaptaní opatení, navržená<br />
v návaznosti na poznatky získané vyhodnocením mených dat a simulací prezentovaných<br />
v prvních dvou tematických okruzích. Na závr je uvedeno celkové shrnutí výsledk a<br />
možnosti jejich uplatnní.<br />
3
Monitoring, zhodnocení a modelování souasného stavu<br />
Vtšina malých experimentálních povodí, která byla k dispozici pi ešení pedloženého<br />
projektu, má charakter povodí reprezentativních. Poskytují tedy cenná data pro odhad vlivu<br />
klimatických zmn na vodní bilanci povodí. Monitorovací systém GEOMON koordinovaný<br />
GS, je v souasné form provozován od roku 1994. Ze sít trnácti malých lesních povodí se<br />
jednotnou metodikou poizují vstupní údaje pro výpoet látkových tok ekologicky<br />
významných složek. Jedná se o celosvtov uznávaný zpsob hodnocení stavu a vývoje<br />
pírodního prostedí, o emž svdí i fakt, že nkterá povodí byla zaazena do mezinárodní<br />
monitorovací sít ERB (Euromediterranean Network of Experimental and Representative<br />
Basins). Popis povodí zaazených do sít ERB (Liz, Uhlíská a Anenský potok) lze najít<br />
rovnž v evropské databázi povodí (www.euro-friend.de). Cílem je do této sít postupn<br />
zalenit i všechna ostatní malá povodí. Nkolik vybraných povodí je zapojeno do dalších<br />
mezinárodních sítí: ICP Integrated Monitoring (Anenský potok, Lysina), ICP Waters (Lysina,<br />
Uhlíská) a ILTER (Lysina, Pluhv bor). Povodí sít GEOMON jsou v závrené zpráv<br />
pedstavena spolu s metodikou získávání a hodnocení dat.<br />
Významným výstupem je zpracování prbhu zmn množství jednotlivých chemických<br />
komponent obsažených ve srážkách na volné ploše, v podkorunových srážkách a odtoku pro<br />
všechna hodnocená povodí za období 1994 – 2010. Zpracování je sumarizováno tabelární<br />
formou a doplnno rozsáhlými grafickými pílohami, které jasn dokumentují asovou<br />
variabilitu obsahu jednotlivých sledovaných komponent.<br />
Souástí ešení bylo statistické zpracování trend vybraných parametr povrchových vod na<br />
souboru povodí sít GEOMON, které vypovídá o reakci ekosystém na zmny v depozici.<br />
Reakce ekosystému nelze pesn pedpovídat, avšak pomocí konfrontace výsledk<br />
monitoringu s výsledky modelování lze vyvodit kvantifikované závry o pravdpodobných<br />
budoucích zmnách ekosystému. Nejdležitjšími experimentálními zjištními jsou statisticky<br />
významné poklesy koncentrací dusinan a síran v odtoku z tém všech povodí. Výjimkami<br />
jsou povodí s vysokými hodnotami pH povrchových vod, kde nebyly oekávány významné<br />
negativní projevy acidifikace. Na povodích, kde došlo ke snížení koncentrací aniont síran,<br />
byl také zaznamenán významný pokles koncentrací bazických kationt, takže došlo ke snížení<br />
jejich ztrát ze sledovaných lesních ekosystém.<br />
Pro úely hodnocení dopad klimatických zmn na hydrologický režim zejména v souvislosti<br />
s extremalizací hydrologického cyklu, je naprosto nezbytné mít k dispozici kontinuální<br />
mení za co nejdelší dobu. Zachování kontinuity mení usnaduje vybavení povodí<br />
dálkovým penosem dat, který byl v rámci projektu spolufinancován a instalován na vybraná<br />
povodí, jednalo se napíklad o povodí Liz na Šumav, Modrý potok v Krkonoších, Uhlíská<br />
v Jizerských horách a Jezeí v Krušných horách. Pi jeho realizaci byl použit osvdený<br />
systém automatických stanic dodávaných tuzemskými dodavateli doplnný paketovým<br />
penosem dat pes sít mobilních operátor (GPRS). Možnost sledovat mení prbžn<br />
snižuje riziko ztráty dat díky vasnému odhalení nap. nesprávné funkce idel.<br />
V rámci pedloženého projektu byl podrobnji zpracován rozbor látkových tok organického<br />
uhlíku a frakcí dusíku a látkových tok olova. Koncentrace rozpuštného organického uhlíku<br />
(DOC) ve srážkách byly nejvyšší v místech s nejnižšími srážkovými úhrny<br />
a v podkorunových srážkách pod smrky trpící environmentálním stresem. Nejvyšší<br />
koncentrace DOC v odtoku byly zjištny na obou povodích Slavkovského lesa, naopak<br />
nejnižší na povodích v Beskydech a v Krkonoších. Nejvyšší odtoky DOC byly zjištny na<br />
povodích Lysina, Uhlíská, Pluhv bor a U dvou louek, tedy ve Slavkovském lese,<br />
v Jizerských a Orlických horách.<br />
4
Ve srážkách i podkorunových srážkách pevažuje v celkovém rozpuštném dusíku (DN) podíl<br />
rozpuštného anorganického dusíku (DIN) nad rozpuštným organickým dusíkem (DON).<br />
Toto platí i pro vtšinu odtok z povodí. Na 4 povodích ale byl zjištn opaný stav. Jedná se<br />
o nejkyselejší povodí sít GEOMON (Litavka, Lysina, Loukov) doplnné o šumavský<br />
Spálenec.<br />
Nejvyšší koncentrace DON ve srážkách byly na místech s nejnižšími srážkovými úhrny.<br />
Nejvyšší DN i DIN v odtoku se vyskytovaly na povodích s pestárlými smrky (Anenský<br />
potok, Polomka, Pluhv bor). Nejvyšší absolutní koncentrace DON v odtoku se vyskytovaly<br />
také na tchto tech povodích a navíc na Lysin. Naopak nejnižší koncentrace DON byly<br />
zjištny na pomrn nesourodé skupin povodí (Salaova Lhota, Modrý potok, Liz, Litavka).<br />
Nejvyšší roní prmrný odtok DON byl stanoven pro dv geochemicky kontrastní povodí<br />
Slavkovského lesa, naopak nejnižší odtok byl zejmý na tyech povodích umístných ve<br />
stední nadmoské výšce východn od Prahy, kde je i prostý celkový povrchový odtok velmi<br />
malý.<br />
Vtšina dívjších studií se shodla na tom, že olovo (Pb) je pevn vázáno v minerálních<br />
pdních horizontech a že jen nepatrná ást atmogenního Pb se objevuje pímo v potoní vod.<br />
Pomr izotop 206 Pb/ 2<strong>07</strong> Pb v síti GEOMON ukazuje, že prakticky veškeré exportované olovo<br />
pochází ze svrchních pdních horizont a je antropogenního pvodu. Protože odtok Pb na<br />
velmi zneištných severoeských lokalitách již nyní klesá, neoekáváme v budoucnosti puls<br />
zvýšeného odnosu Pb z povodí, ani zvýšené nebezpeí pro zdraví vodních organism lovka<br />
vinou neurotoxických vlastností Pb.<br />
Akoli mnoho studií prokazuje korelaci mezi množstvím rozpuštného organického uhlíku<br />
a množstvím olova v odtoku z povodí, data ze sít GEOMON tuto závislost nepotvrdila.<br />
V posledních letech se zvyšují koncentrace DOC (a tím pádem i aniont organických kyselin)<br />
v odtoku. Dvodem mže být zachování elektroneutrality vody pi výrazném úbytku aniont<br />
silných anorganických kyselin v dsledku zvratu acidifikace i klimatická zmna. Zvyšující<br />
se teploty a množství DOC neprokázaly vliv na množství olova v odtoku a studie tak<br />
neprokázala vliv klimatické zmny na odtok olova ze zkoumaných povodí.<br />
Výsledky zkoumání pomr etností stabilních izotop síry ukázaly, že izotopy S jsou<br />
vhodným znakovaem cest disperze antropogenní síry v ekosystémech. Na základ<br />
hodnocení izotop síry je rovnž možné stanovit, zda neznámé, dosud nestudované povodí<br />
síru exportuje nebo akumuluje.<br />
Jako další výstup projektu bylo zaazeno porovnání výsledk regionálního mapování<br />
základních složek charakterizujících chemismus povrchových vod eské republiky<br />
uskutenného v GS v letech 1984–96 a 20<strong>07</strong>–10 s výsledky monitoringu malých povodí<br />
GEOMON. Toto srovnání umožnilo stanovit vrohodnost extrapolace regionálních dat na celé<br />
území republiky a její omezení. Shoda mené a extrapolované hodnoty se ukázala u 32 %<br />
hodnot a mírné nadhodnocení pípadn podhodnocení extrapolovaných hodnot oproti<br />
meným se ukázalo u dalších 20 % hodnot. Lze konstatovat, že výše uvedená úrove shody<br />
ukazuje, že pi srovnatelných geografických podmínkách lze povodí sít GEOMON<br />
považovat za reprezentativní.<br />
Píkladem zpracování hydrologické bilance je vyhodnocení jednoho ze sledovaných povodí<br />
v síti GEOMON, a to Lysina ve Slavkovském lese. Malé lesní povodí Lysina bylo na ukázku<br />
vybráno proto, že reprezentuje extrémn antropogenn acidifikované povodí stední Evropy.<br />
Pro modelování hydrologického cyklu v malých povodích byl použit model RETU.<br />
Modelování datových ad v letech 2001 až 2010 ukázalo, že model RETU umožuje<br />
v mítku hodin a dn pedpov a modelování vzniku extrémních hydrologických jev, jako<br />
5
jsou bleskové povodn z pívalových deš. Model RETU tak mže sloužit jako pedpovdní<br />
program pro lokální výstražné systémy ped bleskovými povodnmi. V mítku roku slouží ke<br />
studiu vodního režimu pd a povodí a srážko-odtokového vztahu a hodnocení jejich stability<br />
i extremity. Výsledky simulací modelem RETU rovnž ukázaly, že v horských podmínkách<br />
s nevýraznými zásobami mlké podzemní vody je retence vody v pd podstatným faktorem,<br />
který rozhoduje o charakteru hydrologického cyklu a o produktivit fytomasy.<br />
V rámci projektu byl vytvoen koncepní model napájení a tvorby odtoku z povodí na základ<br />
analýzy stabilních izotop kyslíku, dusíku a síry. Pro poteby tohoto vyhodnocení byla<br />
sledována ti povodí (Liz, Lesní potok, ervík), kompletní ady dat se podailo dosáhnout<br />
u povodí ervík v Beskydech, a proto bylo detailn vyhodnoceno práv toto povodí. Na<br />
základ analýzy výsledk byly získány cenné poznatky o formování odtoku v malém povodí.<br />
Vytvoený koncepní model odtoku dobe charakterizuje napájení i tvorbu odtoku<br />
v podmínkách malého povodí. Infiltrující srážky se mísí s mlkou podzemní vodou a tvoí<br />
odtok s rychlou odezvou na srážky. Podíl podzemní vody v odtoku je vysoký, piemž<br />
infiltrující srážky jsou zpoždny o nkolik týdn. Z hlediska reakce povodí na srážky je<br />
významný odhad velikosti zvodn a jejího zaplnní. Poznatek, že zaplnní zvodn zvyšuje<br />
odtokové množství pi shodných srážkách je v souladu s poznatky získanými pi aplikaci<br />
modelu RETU, ehož bylo využito pi návrhu systému vasného varování ped bleskovými<br />
povodnmi.<br />
Vyhodnocení trend v mených odtokových adách na všech povodích sít GEOMON<br />
nepineslo jednoznanou odpov na otázku, zda dochází ke zmnám v odtokovém režimu<br />
v dsledku pozorovaných zmn klimatu. Napí povodími nedochází ke statisticky<br />
významným poklesm nebo nárstm odtok v nkterém msíci nebo roním období. Pouze<br />
u dvou povodí byl zaznamenán statisticky významný dlouhodobý nárst v prmrných<br />
msíních odtocích a to v msíci únoru na povodích s delšími pozorovanými adami Uhlíská<br />
(od roku 1982) a Lysina (od roku 1989). V tchto dvou povodích se mže jednat o dsledek<br />
odlesnní vlivem exhalací v oblasti Krušných hor. Pevážn to ukazuje, že odtokové ady<br />
povodí GEOMON doposud nereagují na nárst teploty, který by ml mít za následek posun<br />
jarních maxim do dívjšího období. V prbhu vegetaní sezóny (kvten-íjen) se ukazují<br />
statisticky významné poklesy odtoku na povodích Uhlíská (erven a srpen), Lysina<br />
(ervenec), U Dvou Louek (erven), Polomka (ervenec), Salaova Lhota (záí).<br />
V podzimních až zimních msících docházelo k poklesu pouze u dvou povodí Spálenec<br />
(prosinec) a Salaova Lhota (listopad – leden).<br />
Pro doplnní komplexního pohledu na procesy probíhající na úrovni povodí jako ekosystému<br />
bylo do projektu zahrnuto i hydrobiologické vyhodnocení vybraných povodí sít GEOMON.<br />
Toto vyhodnocení bylo provedeno pro devt povodí a pedstavuje cenný výstup projektu,<br />
který dokumentuje vztah mezi biodiverzitou makrozoobentosu a hydrochemií. Hlavním<br />
závrem bylo zjištní výrazné závislosti biodiverzity na kyselosti vod, kdy dle oekávání<br />
dochází k významnému poklesu potu taxon v nejkyselejších tocích.<br />
Pedpokládaný vývoj hydrologického režimu a látkových tok<br />
Pro úely hodnocení dopad oekávané klimatické zmny na hydrologický režim v nkolika<br />
asových horizontech k rokm 2025, 2050 respektive 2055 a 2085 byly využity modely SAC-<br />
SMA, BROOK90 a SWIM. Použití modelu BROOK90 bylo výsledkem vzájemné spolupráce<br />
pracoviš eské geologické služby a Ústavu pro hydrodynamiku AV R, v.v.i.<br />
6
Z celkových tendencí vyplývá, že bezprostedn, tj. v nejbližších desetiletích lze sice<br />
oekávat pi mírnjším zvýšení teploty a slab vydatnjších srážkových úhrnech situaci<br />
z hlediska zdroj vodních zásob celkov píznivou, avšak pi postupn se zvyšující teplot<br />
zesilují podle scénáe k roku 2055 nepíznivé vlivy.<br />
Byly provedeny simulace vlivu klimatické zmny na hydrologický cyklus stedn velkých<br />
povodí (Cidlina, Otava, Malše) modelem SWIM, které potvrdily možnost generalizace<br />
získaných poznatk na malých reprezentativních povodích (0,22 až 2,62 km 2) na povodí<br />
s vtší rozlohou (437 až 1 720 km 2 ). Simulace ukázaly, že na všech sledovaných stedn<br />
velkých povodích by mlo dojít k poklesu prmrných msíních prtok do roku 2050.<br />
Pokles by ml být nejvýraznjší v jarním období (s maximem v dubnu), kdy by se mlo<br />
snižovat maximum pocházející z tání snhové pokrývky. Mírn vyšší pokles prmrných<br />
msíních prtok by ml nastat v nížinném povodí Cidliny, kde by se mlo zvyšovat již dnes<br />
aktuální riziko vysychání toku v letních a podzimních msících. Významným faktorem<br />
probíhající klimatické zmny bude také zmna množství a prostorového rozložení pdní<br />
vláhy. Na vybraných stedn velkých povodích bylo zjištno, že zimní a jarní nasycení pdy<br />
vodou by mlo kopírovat souasné hodnoty. Nicmén významné poklesy by mly být<br />
zaznamenány od léta a vrcholit v podzimních msících a to zejména v dolních ástech povodí.<br />
Z hlediska pokraování výzkumu lze doporuit vylepšení simulací hydrologické komponenty<br />
modelu, kde je teba soustedit se na metodu výpotu kulminaních prtok, které obecn<br />
nejsou pesn odhadovány.<br />
Pedevším je ovšem teba mít na zeteli podmínky indikované pro relativn vzdálený asový<br />
horizont k roku 2085. Podle srážko-odtokových simulací lze oekávat pi zcela zetelném<br />
zvýšení teplot a soubžn vtšinou mírných zmnách srážkových úhrn vesms snížení<br />
odtok, nejzetelnji pedevším u malých povodí v níže položených pahorkatinách. Výsledky<br />
simulací modelem BROOK90 ukázaly, že nárst teploty a perozdlení srážek v prbhu roku<br />
s poklesem v letních msících a nárstem v zimních msících dle rzných scéná vývoje<br />
klimatu pro horizont k roku 2085 by ml za následek významné zmny v hydrologické bilanci<br />
povodí sít GEOMON. V pípad evapotranspirace je obecn oekáván nárst, avšak na<br />
nkterých povodích by mohlo docházet v letních msících až k poklesu evapotranspirace<br />
v dsledku omezení dostupné vody. Oekávaný nárst evapotranspirace v jarních msících<br />
pak ukazuje na dívjší zaátek vegetaní sezóny. Simulace budoucího odtokového režimu<br />
ukázala, že bude docházet k významnému poklesu odtok v letních a podzimních msících.<br />
To by v pípad nkterých pramenných povodí zejména tch v nižších nadmoských výškách,<br />
kde jsou pirozen menší srážkové úhrny a vyšší teplota v porovnání s povodími v horských<br />
oblastech, vedlo až k pravidelnému vysychání tok v prbhu letních msíc. V pípad<br />
povodí ve vyšších nadmoských výškách s vtšími zásobami snhové pokrývky v zimních<br />
msících by docházelo k výraznému posunu jarních maxim a zkrácení délky období se<br />
snhovou pokrývkou. U nkterých níže položených povodí se v dsledku nárstu teploty nedá<br />
v prbhu zimních msíc oekávat výskyt souvislé snhové pokrývky. Do budoucna je teba<br />
více se zamit na použití distribuovaných hydrologických model, které umožní zpesnní<br />
dopad na úrovni jednotlivých experimentálních povodí. S tím souvisí i nutnost zpesnní<br />
klimatických vstup do model, které jsou v souasném nízkém rozlišení pro tyto úely<br />
obtížn použitelné. Z toho dvodu je teba zamit se na vývoj vhodných korekních metod,<br />
jejich verifikaci a následné rozbory úinku na výsledky studií. Jedin tak je možné<br />
kvantifikovat nejistotu spojenou s odhady budoucího vývoje. Draz na modelování ve vtším<br />
rozlišení by mohl napíklad pomoci lépe objasnit vliv souasného zpsobu lesního<br />
hospodaení (napíklad postupná zmna druhového složení lesa, vytváení holin tžbou) na<br />
odtokový režim v podmínkách oekávaného budoucího klimatu. Nárst teplot a pokles<br />
7
obsahu pdní vody v pdním horizontu v kombinaci s intenzivním lesním obhospodaováním<br />
by mohl mít za následek napíklad zvýšenou pdní erozi.<br />
V rámci projektu byly rovnž splnny cíle zamující se na geochemické modelování,<br />
konkrétn se jednalo o vytvoení bilance ekologicky významných prvk (uhlík C a dusík N) a<br />
jejich slouenin pi zmnných hydrologických pomrech, vytvoení „realistického“ a<br />
dynamického pístupu k modelování vývoje chemismu povrchových vod a pd pomocí<br />
geochemického modelu MAGIC, vyhodnocení možných rizik spojených s narušením<br />
ekosystémových funkcí (retence dusíku, regenerace z acidifikace) v dsledku výskytu<br />
abnormálních jev (povode, sucho), kvantifikování kritických a cílových zátží s využitím<br />
geochemického modelu VSD v návaznosti na klimatické scénáe.<br />
Vliv klimatické zmny na biogeochemické cykly ekologicky významných prvk byl v rámci<br />
projektu zkoumán za použití modelu MAGIC. Budoucí výhled nastínný do roku 2085 je ve<br />
zpráv dokumentován na píkladu povodí Lysina. Pedpokládané klimatické zmny budou mít<br />
na prmrný roní chemismus jen malý vliv, a to i pesto, že redukce odtoku v pesimistickém<br />
scénái je relativn znaná. Dvodem je vysoký stupe acidifikace jinak pirozen kyselého<br />
povodí. Hlavní promnnou, která chemismus vod ídí, jsou zmny velikosti kyselé<br />
atmosférické depozice. Ekologický stav potoka tak zstane nevyhovující pedevším<br />
v dsledku psobení kyselé depozice a lesnického hospodaení v povodí.<br />
V prbhu ešení projektu byla dále pozornost zamena na novou verzi (7ext)<br />
biogeochemického modelu MAGIC, která vychází z modelování kolobhu pdní organické<br />
hmoty a tak koncepn pesnji reprezentuje reálné pochody v pdním prostedí ve srovnání<br />
s pedchozími verzemi modelu. Nová verze modelu MAGIC byla kalibrována a testována na<br />
tech dlouhodobých monitorovacích stanicích v eské republice (Naetín, Lysina, ertovo<br />
jezero na Šumav). Lze konstatovat, že zlepšená schopnost modelování dusíkového cyklu<br />
vedla k lepší predikci celkového chemismu pd, pdních roztok a povrchových vod na<br />
studovaných plochách.<br />
Pi ešení projektu bylo nutné se zabývat rovnž studiem kolobhu uhlíku ve spojitosti<br />
s pozorovanou zmnou klimatu. Bylo zjištno, že regenerace z acidifikace významn<br />
ovlivuje kolobh uhlíku a dusíku v lesních ekosystémech. Vazba mezi úrovní kyselosti<br />
prostedí a kolobhem C a N není v souasné dob ádn zahrnuta ve vstupních globálních<br />
modelech kolobhu uhlíku používaných pro biogeochemické modely, piemž zjištné<br />
výsledky mohou významn ovlivovat smr jakým lesní ekosystémy hospodaí s uhlíkem.<br />
Hlavním závrem je konstatování, že regenerace z acidifikace zpsobila výrazný pokles<br />
zásoby pdního uhlíku.<br />
Souástí projektu bylo rovnž stanovení kritických a cílových zátží s využitím modelu<br />
VSD+ a vstupních parametr hydrologických model a pedpokládaných klimatických<br />
scéná.<br />
Výhody použití modelu VSD+ spoívají v možnosti simulace proces obhu dusíku a uhlíku<br />
a propojení na vegetaní modely, což umožuje pesnjší stanovení kritických zátží.<br />
Výsledky ešení tohoto projektu napomáhají pi tvorb a revizi protokol CLRTAP (Úmluva<br />
o dálkovém zneišování ovzduší pesahujícím hranice stát). V roce 2010 data z monitoringu<br />
malých lesních povodí, konkrétn údaje o vyplavování dusíku z malých povodí a<br />
atmosférické depozici dusíku, pispla k revizi empirických kritických zátží ekosystém se<br />
smrkovým porostem (kategorie EUNIS G 3.1).<br />
8
Adaptaní opatení<br />
V souasné dob dochází vlivem zmny klimatu k extremalizaci hydrologického cyklu se<br />
všemi negativními dsledky. V podmínkách eské republiky tak mžeme pozorovat astý<br />
výskyt intenzivních konvektivních srážek v letním období, které mají za následek pívalové<br />
povodn s mnohdy katastrofálními následky a naopak prohlubující se a stále astji se<br />
opakující sucha hydrologická i hydrometeorologická. Pro úely kompenzace a minimalizace<br />
dopad extrémních hydrologických jev vyvolaných probíhajícími klimatickými zmnami je<br />
vhodné pijímat a realizovat adaptaní opatení. Ta by v našich podmínkách mla být<br />
zamena pedevším na to, aby byl kompenzován pokles prtok i vydatnost vodních zdroj a<br />
na druhé stran aby byl minimalizován dopad pívalových povodní (tzv. bleskových),<br />
zejména v horských a podhorských oblastech. Pi návrhu, pijímání a realizaci adaptaních<br />
opatení na zmenšení dopad klimatických zmn v krajin a vodních tocích je však žádoucí<br />
posuzovat vliv a efektivnost konkrétních opatení kvantitativn a to na základ hodnocení<br />
vodní bilance. Z hlediska zdroj je nutné hodnotit bilanci hydrologickou, zatímco na stran<br />
využívání vod je teba se zabývat bilancí vodohospodáskou.<br />
Významnou ástí projektu byl tedy návrh ekostabilizaních a adaptaních opatení a to jak<br />
v obecném smyslu, tak i pro konkrétní povodí Arnoštského potoka u Vimperka jako podklad<br />
pro územní plán. Dále byly vytvoeny mapy zobrazující podklady pro posílení stability<br />
hydroekosystém a to pro povodí Lysina, Pluhv bor, Liz a U dvou louek.<br />
Smyslem adaptaních opatení na malých povodích je zmírnit potenciální negativní dopady<br />
klimatické zmny na biologickou rozmanitost a ekosystémové služby. Pitom by se mla<br />
zvýšit ekologická stabilita krajiny a uchovat stav biologické rozmanitosti. Pi návrhu<br />
ekostabilizaních a adaptaních opatení je teba vycházet z toho, že je cílem navrhnout<br />
taková opatení, která budou výrazn zpomalovat odtok vody z území R, posilovat tvorbu<br />
zásob podzemních vod a chránit pdní pokryv ped erozí a jinými procesy degradace. V dob<br />
extremalizace hydrologických proces s asto vyskytujícími se intenzivními srážkami, které<br />
mají za následek pívalové povodn, je vhodné provádt preventivní a technická (strukturální)<br />
opatení. Preventivní opatení spoívají pedevším ve zvýšení retenní schopnosti krajiny<br />
v povodí. V dnešní dob se stále astji hovoí o tzv. pírod blízkých protipovodových<br />
opateních. Retenní schopnost krajiny se významn liší v závislosti na rozdílných<br />
charakteristikách reliéfu, pd a vegetaního pokryvu. Tebaže krajina není schopna zachytit<br />
veškerou srážkovou vodu z pívalových srážek, jsou v ní prostory, kde je voda krátkodob i<br />
delší dobu zadržována. Pitom i krátkodobé zadržení vody v krajin je píznivé, protože se<br />
zpomaluje koncentrace odtoku vody do koryt vodních tok, povode trvá déle, ale má nižší<br />
vrchol a menší kinetickou energii. Z hlediska zpomalení odtoku z krajiny mají nejpíznivjší<br />
vlastnosti lesní porosty, avšak i na zemdlské pd lze realizovat adu protipovodových<br />
opatení.<br />
Metodiku zpracování geologických podklad, použitou pro návrh posílení stability<br />
hydroekosystém ve vybraných povodích sít GEOMON lze, vhodn modifikovanou, použít<br />
jako jeden z podklad pro zpracování informací o pírodních pomrech uritých vtších ástí<br />
území eské republiky. Pevedení mapových podklad do prostedí GIS (digitalizace)<br />
umožnilo lepší práci s výsledky projektu a jejich zobrazení v rzných mítcích a v rzném<br />
detailu.<br />
Vzhledem k tomu, že každoron na území R dochází k 60 – 100 bleskovým povodním,<br />
které poškozují obce zejména na horních ástech tok a v podhorských i horských oblastech,<br />
byl v rámci projektu navržen lokální výstražný systém, umožující detekci nebezpeí výskytu<br />
bleskových povodní. Z mechanism jejich geneze vyplývá, že nelze jednoznan spoléhat na<br />
to, že budou vas detekovány systémem celostátní integrované výstražné služby. Analýza<br />
9
izikových faktor vzniku bleskové povodn v malém horském povodí umožuje lépe<br />
pochopit mechanismy tvorby extrémních odtok na malých povodích, zejména podíl staré<br />
(pdní) a nové (dešové) vody v jednotlivých fázích odtoku. Z poznatk experimentáln<br />
získaných na malém povodí byl navržen a ve zpráv popsán nový lokální výstražný systém<br />
detekující výskyt kombinace ty rizikových faktor (pesycení pdního pokryvu vodou,<br />
hydrofobie pdního povrchu, gravitan destabilizované proudní vody v pd a extrémní<br />
srážky), které rozhodují o vzniku bleskové povodn. Navrhovaný systém pispje ke zvtšení<br />
asového pedstihu výstrahy ped vznikem bleskové povodn a ke zmenšení potu falešných<br />
výstrah a mohl by tak pinést zmenšení rizika ztrát na životech a majetku. Pístrojová<br />
základna systému je vysoce sofistikovaná a konkurence schopná i v mezinárodním mítku.<br />
V projektu byla rovnž vnována pozornost vyhodnocení zmn krajinného pokryvu a<br />
ekologické stability na území eské republiky na základ porovnání zmn mezi lety 1990-<br />
2006 (novjší data o krajinném pokryvu zatím nejsou k dispozici). Tato ást projektu je<br />
empirickým doplnním navrhovaných praktických opatení ke zmírnní negativních dopad<br />
klimatické zmny na hydrologickou bilanci a aplikací poznatk z experimentálních povodí<br />
GEOMON na celorepublikovou úrove. Zmny byly stanoveny na úrovni povodí, nebo<br />
vegetaní kryt povodí má vliv na formování odtoku v povodí (intercepce vody na rostlinném<br />
povrchu, retence vody v pd), erozi pdy, hydrochemické procesy, interakci atmosférarostlina-pda,<br />
aj. Nejvýznamnjším procesem ovlivujícím retenci a infiltraci vody v povodí<br />
je nárst urbanizovaných ploch, projevující se snížením koeficientu ekologické stability.<br />
Výrazn tak mže být dotena nejen infiltrace vody do pdy a její retence, ale rovnž<br />
biodegradaní funkce pdy, sekvestrace uhlíku nebo disipace slunení energie. Všechny tyto<br />
dopady mohou být ješt zesíleny v dsledku zmny klimatu. Pedstavená analýza ukazuje, že<br />
nejzranitelnjšími povodími jsou ta, ve kterých došlo v období 1990-2006 k velkoplošnému<br />
záboru zemdlské pdy rezidenní i komerní výstavbou. Novjší data zachycující aktuální<br />
stav krajinného pokryvu nebyly k dispozici, nicmén nelze oekávat, že by se v tchto<br />
povodích situace po roce 2006 výrazn zlepšila. Naopak je možné pedpokládat, že se díky<br />
neustále probíhajícímu nárstu urbánních ploch i po roce 2006 situace v ad dalších povodí<br />
oproti zachycenému stavu zhoršila.<br />
Shrnutí výsledk<br />
Hlavní cíl projektu byl zamen na studium hydrologických a hydrochemických proces<br />
v uzaveném povodí v dob probíhající klimatické zmny a extremalizace hydrologického<br />
cyklu. Pitom byla využívána dlouhodobá pozorování v síti trnácti malých reprezentativních<br />
povodí GEOMON s plochou 0,22 až 2,62 km 2 . Jako nástroje odhadu hydrologické a<br />
hydrochemické odezvy v povodích na pedpokládaný klimatický vývoj, který byl do úvah<br />
promítnut pomocí scéná klimatické zmny, byly využívány hydrologické a hydrochemické<br />
modely.<br />
Výsledky srážko-odtokových simulací ukázaly, že nárst teploty a perozdlení srážek<br />
v prbhu roku s poklesem v letních msících a nárstem v zimních msících dle rzných<br />
scéná vývoje klimatu pro asový horizont 2<strong>07</strong>1 – 2100 by ml za následek významné<br />
zmny v hydrologické bilanci pramenných oblastí.<br />
Simulace budoucího odtokového režimu pramenných povodí ukázala posun smrem<br />
k vyššímu výskytu extrémních hydrologických situací a poklesy odtok v letních a<br />
podzimních msících, které by mohly vést v pípad níže položených povodí až<br />
k pravidelnému vysychání tok. Zárove se však pedpokládá zvýšený výskyt povodových<br />
stav zpsobených pívalovými srážkami.<br />
10
Klíové studie budoucího vývoje hydrologického režimu byly provedeny na malých<br />
povodích, která pedstavují mozaiku eské krajiny a jejich specifický odtokový režim<br />
vyžaduje trvalou a kontinuální pozornost. Možnost zobecnní získaných poznatk a jejich<br />
platnost v povodích s vtší rozlohou byla prokázána provedením modelových ešení na<br />
vtších povodích (437 až 1720 km 2 ).<br />
V mítku malého povodí se podailo prokázat, teoreticky popsat a matematicky namodelovat<br />
gravitan destabilizované proudní v pd. Tento jev spolu s dalšími rizikovými faktory<br />
(pesycení pdního povrchu vodou, hydrofobie pdního povrchu) vedle intenzivních srážek<br />
výrazn pispívá k formování náhlých povodní z pívalových deš. Jako jeden z významných<br />
výstup projektu byl navržen systém vasné výstrahy ped náhlými povodnmi, který využívá<br />
nov získané poznatky o hydrodynamických mechanismech tvorby odtoku z malých povodí.<br />
V dob extremalizace hydrologického cyklu dochází v R ke stále vtšímu potu tzv.<br />
bleskových povodní, které se vyskytují zejména na horních ástech tok a v podhorských i<br />
horských oblastech. Formují se výhradn v letním období v lokálním mítku a mají asto<br />
katastrofální lokální dsledky. Tento druh povodní lze sice ze synoptických situací<br />
pedpokládat, ale nikoliv pedpovdt pesn. Bleskové povodn v dsledku svého malého<br />
plošného rozsahu zpravidla nejsou vas detekovány systémem integrované výstražné služby.<br />
V rámci projektu navržený systém mže významn pispt k redukci škod zpsobovaných<br />
náhlými povodnmi.<br />
Dalším cílem projektu byl návrh adaptaních opatení na zmnu klimatu, a sice na základ<br />
poznatk získaných za použití experimentáln získaných dat v síti malých reprezentativních<br />
povodí a metod matematického modelování. V projektu byla navržena možná ekostabilizaní<br />
a adaptaní opatení, a to jak v obecné rovin, tak ve form konkrétn zpracovaných návrh<br />
pro vybrané pilotní pramenné oblasti.<br />
Vliv zmny klimatu pravdpodobn bude mít významný dopad na všechny složky biosféry ve<br />
zkoumaných malých povodích. To si vyžádalo multidisciplinární pístup k ešení projektu a<br />
vedle vyhodnocení dlouhodobých trend v odtoku z modelových povodí byla pozornost<br />
zamena rovnž na vyhodnocení látkových tok a bilancí látek v tchto povodích. Krom<br />
vyhodnocení dlouhodobých ad byl modelován vliv zmny klimatu na biogeochemické cykly<br />
ekologicky významných prvk a vývoj chemismu povrchových vod byl simulován pomocí<br />
geochemického modelu.<br />
11