FUNKCE ZEMĚDĚLSKÝCH ODVODŇOVACÍCH SYSTÉMŮ V SOUČASNÝCH A

FUNKCE ZEMĚDĚLSKÝCH ODVODŇOVACÍCH SYSTÉMŮ V SOUČASNÝCH A BUDOUCÍCH HOSPODÁŘSKÝCH A KLIMATICKÝCH PODMÍNKÁCH

Mojmír Soukup, Zbyněk Kulhavý, Eva Pilná 1. Úvod Změní-li se výrazně návrhové podmínky u některých staveb odvodnění zemědělských pozemků, pak lze dovozovat, že hlavní parametry těchto systémů již neodpovídají dnešním potřebám. Lze namítnout, že k některým změnám, např. ke změnám ve využití pozemků, nemusel být vydán pokyn či souhlas, neboť bylo jasné, že investiční opatření ztratí své opodstatnění, nebo v lepším případě, že systémy budou předimenzovány. Jinými slovy, že na odvodněném pozemku tak bude znehodnocen vklad, který úprava vodního režimu ve své době nesporně přinesla. Změny návrhových podmínek se však netýkají jen zemědělských podkladů, ale i podkladů dalších, např. klimatických a hydrologických, které byly při návrhu systému rozhodující pro volbu základních parametrů odvodnění pozemků. Jedním ze základních parametrů systémů odvodnění je rozchod drénů či příkopů, který byl navržen na základě vyhodnocení fyzikálních vlastností půdy, klimatických, hydrologických a hospodářských poměrů dotčeného pozemku. Koncem 70-let minulého stol. byla zavedena intensita odvodnění Fídlerem aj. ČSN 75 4200, což v podstatě znamenalo, že k základním návrhovým podmínkám přibylo kritérium zabezpečenosti a byla upřesněna doba odvodnění pro příslušné plodiny a vegetační úhrny srážek. Lze tedy konstatovat, že návrh základních parametrů realizovaných staveb odvodnění byl výsledkem hodnocení nejen klimatických, hydro/pedologických podmínek lokality, ale také zemědělských podkladů. Řešení krajinné struktury není neměnné. Samo o sobě mnohdy pokulhává nejen vinou zastaralých opatření, ale také díky neustálé proměně podmínek. Kvalitativní a strukturální změny se v krajině odvíjejí každým realizovaným opatřením, každým zásahem trvalejšího charakteru a v souhrnu bychom je měli označit jako pozemkovou úpravu, krajinnou kompozici či krajinnou architekturu. 1) Jak lze charakterizovat funkci odvodňovacích systémů? 2) Jaké změny probíhají na zemědělských odvodněných pozemcích nebo v povodích, která byla do značné míry odvodněna? 3) Jaké jsou možnosti adaptace těchto systémů? To jsou otázky, které si výzkum již několik let pokládá a v příspěvku se na ně pokusíme, alespoň z části odpovědět. 2. Materiál a metody 2.1. Odvodnění zemědělských půd v České republice. Celkový přehled o odvodnění pozemků v ČR poskytuje Zemědělská vodohospodářská správa – ZVHS (dříve SMS), která dosud archivuje dokumentaci provedených staveb. ZVHS spravuje mimo jiné hlavní meliorační (odvodňovací) zařízení HMZ (Výroční zpráva 2003, ZHVS, Brno 2003). Podrobné odvodnění je však vesměs ve správě a péči vlastníků pozemků. Z celkové plochy odvodnění byl největší podíl 1 064 999 ha odvodněn systematickou drenáží. Sporadickou drenáží bylo odvodněno 12 035.9 ha, otevřenými příkopy 2331,6 ha a jen 390,1 ha připadá na drenáž s řízeným odtokem. Nejintenzivněji byly odvodněny některé oblasti východních a jižních Čech, v nichž bylo odvodněno místy až 80 % z výměry zemědělských

pozemků. Převážná část odvodnění byla řešena jako odvodnění podzemní. Starší systémy mnohdy nebyly dostatečně dokumentovány nebo jejich dokumentace není k dispozici. Lze předpokládat, že celková plocha realizovaných děl je větší, než uvádí ZVHS, na druhé straně jsou některé systémy již nefunkční. Předpokládaná životnost systémů je 40 let. Celkový rozsah systematického odvodnění je dán prostým součtem plochy staveb. U sporadického odvodnění je stanovení plochy obvykle méně přesné, neboť rozmístění sítě svodných a sběrných drénů bylo odvislé od příčin zamokření. Účinnost drenáže se předpokládá do vzdálenosti rovné polovině rozchodu sběrných drénů a na konci drénů do vzdálenosti ¼ drénů. To však u sporadického odvodnění zcela neplatí. Při hodnocení funkce a účinnosti systému je nutno vzít v úvahu jeho položení vzhledem k hydrogeologické situaci a hydropedologickému systému, který většinou není homogenní. Přes celkem velký rozsah použití odvodnění v ČR, srovnáváme-li tento rozsah se zahraničím, nebyla nikomu uložena povinnost sledovat funkci odvodnění, alespoň v rozhodujících odvodněných oblastech a tuto roli naštěstí suploval výzkum (Fídler J., Švihla V., Soukup M. aj.) Základ odpovědí na výše položené otázky tkví ve vyhodnocení funkce odvodňovacích systémů provedeného na základě dlouhodobých sledování na několika experimentálních odvodněných povodích.

Obr. 1. Měrný přepad na Cerhovickém potoce. 2.2. Experimentální plochy a povodí VÚMOP Praha Základní přehled o experimentálních odvodněných plochách a povodích VÚMOP uvádí Soukup (2002). Na sledovaných povodích Cerhovický potok, Žejbro, Černičí, Kopaninský p., Ovesná Lhota a dalších byly kontinuálně měřeny: o o o o o

srážky, průtoky v závěrovém profilu, drenážní odtoky jednotlivých skupin, vlhkost půdy, HPV a další hydrologické veličiny.

Na ploše v Ovesné Lhotě bylo měření ukončeno v 1991 (Švihla. V., 1992). V tab. 1 jsou uvedeny experimentální povodí a základní parametry sledovaných drenážních skupin. Podrobné údaje o sledovaných povodích a způsob měření drenážních odtoků na jednotlivých lokalitách jsou uvedeny v pracích (Švihla a kol.,1991; Soukup M. a kol, 2001, 2004; Kulhavý a kol., 2000; Pilná E., 2002; Johanovský Z., 2004).

2

Tab. 1. Experimentální povodí a parametry drenážních skupin Povodí

Nadm. Výška v m

Drenážní skupina

Cerhovický potok

390 - 572

Černičí

448 - 543

Kopaninský p. Žejbro

467 - 578 355 - 676

Ovesná Lhota

506 - 550

Š7 Š8 Š1 DŠ 1 DŠ 2 P 6, P 7 Š1 Š2 Š6

Plocha odvodnění v ha 40,5 23,5

Rozchod a hl. drénů vm 9 – 15/1,0 8 – 15/1,0

0,605 5,036

13/ 1,0 13/ 1,0

4,0 4,8 17,83

11 – 12/1,0

2.3. Pravděpodobné změny klimatu Klima se vyvíjí pod různými vlivy a to jak terestrického, tak mimozemského původu. Klima se měnilo v blízké i dávné minulosti, o tom existuje řada přímých i nepřímých důkazů a významné změny klimatu probíhaly i bez vlivu člověka. Vliv člověka má však nesporně vzrůstající tendenci. Přesto však je ve srovnání s přírodními vlivy relativně malý, resp. rozhodně menší než některé jiné vlivy. V zemědělství se jedná o adaptaci různých systémů. Adaptivní přístup je v zemědělství odedávna zakořeněn. Srážky a jim odpovídající odtok se mění v cyklech, z nichž některé známe. Regionální a oblastní poznatky o počasí byly formulovány v četných rčeních a pranostikách (Vašků Z., 1998). Zemědělství se na případné změny klimatu musí připravit. Případné výrazné změny v úhrnech srážek a odtoků by se pochopitelně odrazily i ve funkci odvodňovacích systémů a sítí. Pokud se počasí příliš nevychýlí, má schopný hospodář k dispozici celou řadu opatření, kterými může situaci zvládat nebo alespoň snižovat důsledky nepříznivého vývoje. Do systému hospodaření, v němž je velké množství operací a subsystémů z hlediska hospodaření s půdní vláhou, patří tedy i stavby odvodnění a závlahy, jako vodohospodářsky účinná opatření. 2.4. Způsoby retardace odtoku ze systému odvodnění a adaptace systémů. Regionální a lokální hydrogeologické a zvláště morfologické a půdní podmínky postupně vedly k vývoji celé řady specifických opatření. Způsoby a formy regulace zasahují do 19. stol., kdy byly realizovány např. stavby podle Vichuly, Krause, Petersona aj. Ve druhé polovině 20. stol. byl vývoj opatření orientován na regulační drenáž (I. Radčenko, J. Němec, F. Kulhavý), kterou lze však použít jen v rovinném terénu. Od 80-tých let 20. stol. pak byly rozvíjeny způsoby, které je možné použít v podmínkách sklonu až do cca 5 %. Poté byl prováděn soustavný výzkum adaptace resp. modernizace odvodňovacích systémů, který vyústil v návrh TNV Regulace a retardace odtoku na zemědělských pozemcích odvodněných trubkovou drenáží (2004). Tato norma doporučuje k použití několik alternativních řešení umožňujících regulaci či retardaci drenážního odtoku v povodí: o Regulační drenáž - RD. o Retardační plošnou drenáž - RPD. o Drenáž s regulovaným (ovládaným, řízeným, přerušovaným) odtokem - DŘO.

3

o o o o o

Systém podzemní retardace drenážního odtoku – systém PRO. Regulace odtoku z pramenních jímek - RPJ. Převod drenážních vod - PDV. Omezení/eliminace funkce drenážního systému. Odvodňovací systém s přečerpáváním vody.

Optimalizaci vodních režimů pozemků a hospodaření s vodou na pozemcích v povodí lze dosáhnout i dalšími tradičními agronomickými a biotechnickými opatřeními. 3. Výsledky Z mnohaletých sledování drenážních odtoků na povodích Cerhovický potok, Černičí, Ovesná Lhota) byly získány křivky pravděpodobnosti překročení průměrných drenážních odtoků (příklad obr. 2). Křivky byly získány pro typické drenážní skupiny a byly zpracovány pro průměrné denní drenážní odtoky. Na Y–ové logaritmické ose jsou uvedeny odtoky v l.s-1.ha-1 versus pravděpodobnost výskytu P v %. Ze základních datových souborů drenážních odtoků stanic Černičí, Ovesná Lhota a Cerhovický potok byly zpracovány statistické údaje týkající se hlavních charakteristik odtoků.

Maxima průměrných měsíčních drenážních odtoků získaná z třináctileté řady pozorování v povodí Cerhovického potoka jsou dosahovány v lednu a v únoru. (max. 0,124 l/s/ha). V jarních a letních měsících drenážní odtok klesá až na hodnotu 0,037 l/s/ha. Potřeba odvedení vody, resp. snížení hladiny podzemní vody nastává tedy především v jarním období. V letním období jsou hladiny podzemní vody odvodněním snižovány jen při nasycení půdního profilu po větších srážkách.

4

V České republice není vedena evidence převodu orné půdy na TTP v přímé souvislosti s drenážními systémy. Dílčí evidence je zajištěna jen potud, pokud jsou změny promítnuty do katastru jako trvalé změny orné půdy na TTP. Správce hlavních melioračních zařízení (HMZ) ZVHS není povinna tuto evidenci vést, neboť změna se netýká těchto zařízení. Navíc citelně dnes chybí informace o stavu jednotlivých podrobných odvodňovacích systémů, neboť někteří vlastníci stavbám nerozumí a často jim nebyla ke stavbám předána prováděcí dokumentace. TNV 75 4221 Regulace a retardace odtoku na zemědělských pozemcích odvodněných trubkovou drenáží (2004) doporučuje k použití několik alternativních řešení, které mění funkci systémů nebo ji rozšiřují o funkci retardační. Z tohoto hlediska je aktuální posoudit adekvátnost parametrů staveb odvodnění v celém rozsahu reálných změn, které v povodích nastaly nebo s vysokou pravděpodobností v blízké budoucnosti nastanou. Jedná se i o změny zemědělských podmínek, které byly při návrhu systémů jedním z podkladů pro návrh staveb. Obr. 3. Převod drenážních vod k zasakování či infiltraci. Jelikož je zřejmé, že základní parametry systémů, tj. hloubka a rozchod drénů nelze in situ prakticky měnit (bylo by možné provést zahuštění sítě, ale jde nám spíše o opak) je nutné v případě průkazné změny návrhových podmínek volit takovou úpravu, která umožní dílčí omezení funkce nebo celkově sníží specifický odtok. Toho lze dosáhnout na systému podzemního odvodnění: a) omezením vtoku do drénů, b) lokálním či bodovým omezením průtočného profilu drénů, c) bodovým zdržením odtoku v drenážních (regulačních) šachticích, d) umístěním retardačních prvků na podzemní trubní síti.

U povrchového odvodnění: - regulací/retardací odtoku vložením příčných objektů do otevřené povrchové sítě příkopů a kanálů.

Obr. 4 Schéma podzemní retardace drenážního odtoku. Jak vyplývá z dlouhodobých sledování mění se srážkové úhrny v jednotlivých letech a rozdělení srážek v poměrně značném rozsahu. Proto je důležité, aby všechna vodohospodářská opatření odpovídajícím způsobem řešila vodní a vláhové režimy v celém rozsahu hydrologické situace v povodí.

5

Znamená to, že opatření musí vyhovovat všem požadavkům a hydrologickým situacím. Předpokladem je nejen znalost těchto požadavků, ale rovněž i podrobná znalost funkce těchto systémů. Nelze podpořit návrhy a existenci takových opatření, které by za určité hydrologicky situace přispívaly k jejímu zhoršení. U odvodňovacích systémů nelze očekávat, že by v době výskytu sucha přímo zhoršovaly vláhový stav pozemků, neboť jejich funkce je možná jen při výskytu volné (gravitační) vody v půdě. Pokud by však snížení hladiny podzemní vody (hloubka odvodnění) bylo vyšší než vyžadují zemědělské či jiné požadavky, pak bychom měli hodnotit funkci drenáže jako nežádoucí. Potřeba regulace odtoku je řešena i v zahraničí. Z evropských států regulaci řeší Nizozemí, Německo, Polsko, Slovensko, Litvu a Lotyšsko. Z mimoevropských zemí lze jmenovat USA, Indii, Egypt. Opatření ke snížení dopadů možných klimatických změn na vodní hospodářství vyžadují: - vyhodnocení systematického pozorování vodní bilance malých povodí zvláště během suchých období, - přijetí nových strategických rozhodnutí a stanovení nových priorit na úseku vodního hospodářství. - komplexní hospodaření s vodou založené na hodnocení potřeby vody v povodích, - program výstavby a rekonstrukce vodohospodářských staveb pro snížení odtoku, - program modernizace staveb a systémů zemědělského odvodnění pozemků, - zavedení efektivních způsobů závlah, - převody vod do oblastí s nedostatkem vody, - rekonstrukci a údržbu stávajících systémů a opatření, - zvýšenou ochranu základních přírodních zdrojů půdy a vody, - systematickou ochranu vegetačních pokryvů, údržbu a výstavbu protierozních opatření a ochranu vodohospodářských funkcí lesa. Uvedené přístupy jsou v souladu s rámcovou směrnicí vodní politiky Evropské unie (Chave P., 2001) a mohly by vodnímu hospodářství napomoci při adaptaci sektoru na klimatické variability a změny. Příznačné je, že se veškeré podstatné návrhy opírají o tradiční a známé, dosud používané metody, opatření a nástroje. Za moderní přístup lze považovat Integrované vodního hospodářství (Integrated Water Resources Management) - IWRM. (9th International Drainage Workshop, Utrecht, 2003). Adaptační procesy a opatření jsou závislé na měřítku. Jiná opatření budou přijímána na různých úrovních (město, krajina, domácnosti, podniková sféra). Podstatná je koordinace činností tak, aby opatření působila synergicky, nikoli protisměrně. Z hlediska zlepšení hospodaření s vodou v zemědělském povodí, v němž bylo provedeno odvodnění je třeba: - integrovat zemědělské a lesní hospodaření s vodou v rámci řízení vodního hospodářství v povodí, - přehodnotit dosavadní opatření z hlediska možné změny klimatu a následných změn odtoku (odvodňovací a závlahové systémy), - navrhnout adaptaci systémů, které nesplňují požadované vodohospodářské a zemědělské cíle, - navrhnout doplňující opatření odpovídající případné změně odtokových poměrů v daných povodích, ochraně přírody a vodohospodářským zájmům.

6

Obr. 5. Tvary záslepek pro omezení drenážního odtoku. Vlevo úplné zaslepení. Uprostřed a vpravo kontrakce průtočného profilu drénů. Záslepky nebo clony lze použít na odvodněné zemědělské půdě jen ob drén a na základě odborného doporučení Podmínky pro použití uvádí TNV 75 4221.

4. Diskuse Po změně orné půdy na trvalé travní porosty (TTP) je dnes celá řada odvodňovacích systémů předimenzována. Bylo by tedy na místě provést jejich modernizaci s ohledem na požadavky ochrany přírody, optimální strukturu krajiny (krajinné mozaiky) a dalších nám známé programy a limity krajiny a to tak, aby systémy odpovídaly svou funkcí dnešním požadavkům a podmínkám. Vodní režimy krajiny jsou proměnlivé a tvoří základ biodiverzity. Vodní režim odvodněných půd je specifický v tom, že byl upraven s ohledem na nároky pěstovaných plodin. Vodní režim daného segmentu krajiny musí být koncepční a je tedy věcí řešení příslušné krajinné struktury, resp. její kvality. Krajinný systém a jeho funkce musí být řešeny prioritně. Musíme si uvědomit, že veškeré úpravy včetně již vložených ochranných a vodohospodářských opatření jsou de facto součástí krajiny. Hovoříme o kulturní krajině, přesto, že bychom mohli vždy něco vytknout a vždy bychom nalezli její Achillovu patu, bolavé či slabé místo. Oddělení správy hlavních melioračních zařízení a podrobného odvodnění, ke kterému došlo v souladu se zákonem a omezením povinností ZVHS je složitým problémem, neboť u většiny staveb spolu HMZ a detail odvodnění funkčně úzce souvisí. V současné době je sice do jisté míry zajišťována údržba HMZ, ale jen velmi málo vlastníků je schopno zajistit údržbu podrobného odvodnění. Možnosti majitelů při zajištění údržby systémů, pokud nemají náležitou dokumentaci staveb jsou mizivé. Je nezbytně nutné, aby se stát dílem staral i o financování oprav. Pro zajištění oprav a modernizací systémů bude vhodné v brzké době iniciovat vznik Sdružení vlastníků hydromelioračních staveb a zařízení. Státní správa, účastí v těchto sdruženích by tak dostala možnost uplatňovat nadřazené vodohospodářské zájmy a programy. Základní typy hydrického režimu půd I – VIII. definované Rodem (v úpravě Kovdy, Němeček, J., 1990) lze doplnit o vodní režim odvodněných půd (s regulací či bez regulace odtoku). K úpravě nepříznivých režimů jsou tradičně používána (hydro)meliorační opatření, z nichž nejúčinnější jsou závlahy a odvodnění. Oba režimy jsou umělé.

7

5. Závěr Vliv změn na vodní režimy, resp. odtok z povodí není jednoznačný. V celém procesu rozhodují nejen srážky, ale i teploty. Dopady jednotlivých scénářů na hydrologickou bilanci, resp. odtok se značně liší a to ve značném rozsahu +/- 100%, porovnáváme-li odtok s průměrným stavem. Při hospodaření s vodou v zemědělství je nutno počítat s úpravou vodního režimu pozemků, tj. s regulací a retardací odtoku v odvodněných povodích. Je třeba důsledně zavádět možnost oboustranné regulace systémů a řízení vodního režimu pozemků/půd. Jednofunkční a některé zastaralé odvodňovací systémy by, tam kde jsou pro to podmínky, měly být modernizovány na systémy s dvojí funkcí, tedy s funkcí odvodňovací a závlahovou. Při zvýšení výskytu extrémních srážek a následných odtoků by se vzhledem k erozním procesům zvýšilo riziko poškození trubních sítí položených relativně mělce pod povrchem. Zvláště se to týká trubních kanálů a svodných drénů, pokud byly nesprávně situovány v údolnicích. V České republice je nutné vyhodnotit současný stav odvodňovacích systémů a zároveň se pokusit stanovit kritéria, která by poskytla impuls majitelům těchto systémů k zahájení adaptace na stávající klimatické a hospodářské podmínky. Úpravy musí být provedeny v souladu s hlavními ekohydrologickými funkcemi povodí, tudíž musí být řešeny za účasti státu. Poděkování Příspěvek byl zpracován v rámci výzkumného záměru VÚMOP (etap 04 „Korekce funkce a parametrů odvodňovacích systémů s ohledem na hydrologické důsledky klimatických změn“ a 03. Literatura: ČSN 75 4200 Hydromeliorace. Úprava vodního režimu zemědělských půd odvodněním. Český normalizační institut, 1993. Chave P.: Rámcová směrnice vodní politiky Evropské unie. Zavádění. MZe ČR, IWA Publishing, 2001. Doležal F., Soukup M., Kulhavý Z., Kodešová R.: Semikvantitativní odhad příspěvku odvodňovacích systémů na zemědělských půdách k průběhu povodní. Johanovský Z.: Metadata výzkumného povodí Černičí. VÚMOP Praha, 2004. Kulhavý Z. a kol.: Souhrnné zpracování databáze exp. povodí Žejbro, VÚMOP Praha, Pardubice 2000. Němeček J., Smolíková L., Kutílek M.: Pedologie a paleopedologie. Academia – Praha 1990. 9th International Drainage Workshop, Integrated Water Resources Management. Alterra Wageningen. Utrecht, 2003). Pilná E.: Metadata výzkumné plochy Cerhovice. VÚMOP Praha, září 2002. TNV 75 4221 Regulace a retardace odtoku na zemědělských pozemcích odvodněných trubkovou drenáží. Mze ČR a Hydroprojekt CZ a.s., Praha 2004. Soukup M.: Rozsah a funkce odvodňovacích systémů v experimentálních povodích VÚMOP Praha. In: Sborník z workshopu Nové Hrady, Pokusná zemědělsko-lesní povodí VÚMOP ve středočeském krystaliniku. Editor: F. Doležal. VÚMOP Praha, 2001. Str. 23 – 36.

8

Soukup M. a kol,: Vláhový režim odvodněného půdního profilu s regulací odtoku a jeho vliv na hydrologické procesy v krajině. Závěrečná zpráva 2004 VE 10. VÚMOP Praha, leden 2004. Soukup M.: Pravděpodobné důsledky klimatických změn na hydrologický režim zemědělskolesních odvodněných povodí. Rešerše. Výzkumný záměr VÚMOP Praha, Etapa 04, 2004. ŠVIHLA V.: Drenážní systémy s optimalizací hydrologické funkce. Vědecké práce VÚMOP Praha, 1991/7, str.: 64 - 72. Švihla V. a kol.: Monografie Výzkumný objekt Ovesná Lhota. VÚMOP Praha, 1992. Vašků Z.: Velký pranostikon. Academia, 1998. Výroční zpráva 2003. Zemědělská vodohospodářská správa, ZHVS, Brno 2003. Kontaktní adresa autora: Ing. Mojmír Soukup CSc., VÚMOP Praha, Žabovřeská 250, 156 27 Praha 5 – Zbraslav. Kontakt: e-mail: [email protected] Tel: 257 921 640

9