Vodní toky - úvod
Náplň předmětu Předmět Vodní toky na FSv je zaměřen na tyto oblasti charakter toku ve vazbě na hydrologické podmínky povodí přirozené morfologické procesy a vývojové tendence na neovlivněném vodním toku hydraulika proudění v korytě toku a interakce toku s okolním prostředím technická opatření na vodním toku (úpravy) obnovu a podporu přírodního charakteru toku (revitalizace toku) vodní tok v urbanizovaném prostředí (rizika vers. přínosy pro společnost) správní a provozní činnost na vodním toku a jeho ekonomika legislativa a vodohospodářské plánování v území hlavních povodí ČR
Význam předmětu Poznatky pro návrh realizace a posouzení účinků významných vodních staveb a činností na toku ovlivňujících hydrologický a morfologický charakter toku (přeložky toků - důlní činnost, odlehčovací kanály- součást protipovodňové ochrany území, úpravy toku) riziko pro obyvatelstvo v blízkosti toku (změna transportní a průtočné kapacity koryt vodních toků) efektivní návrh staveb v blízkosti toků ochrana přirozeného režimu toku
Pohled na vodní tok 1.
2. 3. 4. 5.
Vodní tok je páteří krajiny (říční síť, distribuce vody na zemském povrchu). Určující prvek v osidlování krajiny (velká města vždy u toku). Toky se mění v čase i prostoru jako nic jiného na Zemi. Tok je vnímám jako „jednotka“ (od pramene k moři) Málokdo zná „svou řeku“ celou – ne lineární kontinuum ale izolované úseky
Aglomerace v blízkosti toků vznikající mega-aglomerace (propojení 12 měst - 42 mil. obyv.) v deltě řeky Si-tíang (Perlová řeka) – splavná od Wu-čou, podél toku a přítoků cca 2000 km ochranných hrází
Zájmy na toku 1. 2.
3.
4.
5.
6.
Obživa - rybolov, první rozsáhlé dopravní cesty Zdroj vody a recipient pro vypouštění „použitých“ vod – jakost vody, hygiena, rituál Povodňová ochrana, urbanismus 18.-19. století (cílená regulace v zástavbě – dostupnost vody ale i ochrana před ní). Plavba (přepravní cesta), hydroenergetika (obnovitelný zdroj) – zásahy do ekosystému tekoucích vod Více zájmů – konflikty, třeba rozumné užívání +ochrana (akcentováno 20.-21. století) Estetika ( co je krásné, co přírodní, …)
Přirozený x ovlivněný vývoj Přirozený VT ( v dnešní krajině ? – prakticky nelze najít) Toky ovlivněné dominantními přirozenými procesy (např. koryta řek v Bangladeši – přirozené procesy převládají nad vlivem člověka) Většina toků ovlivněna lidskou činností související s využíváním vodního toku a okolního území
Faktory přirozeného vývoje říční sítě Endogenní síly (vývoj zemské kůry – hlubinné pochody, přesuny ker, seismicita, okamžité projevy) Geologické složení zemského povrchu (pokryvných útvarů) Morfologie povrchu Exogenní projevy (eroze vodní, větrná , biologická nebo chemická koroze, dlouhodobé projevy) Vsakovací schopnosti zemského povrchu (infiltrace, povrchový odtok, podpovrchový odtok) Množství atmosférických srážek Mechanický účinek vegetace
Topografie povrchu Země
Rozložení srážek na Zemi
Hlavní světová povodí
Atlantský oceán 40% pevnin, Arktický oceán 13%, Tichý oceán 11,5%, Indický oceán 11%, Antarktický oceán 8%, pevnina bez odtoku 16,5%
Bezodtoké (erdorheic) oblasti např. Kaspické moře, Aralské j.,…, Mrtvé moře
Řeky světa
Řeky Evropy
Řeky Evropy
Řeky Asie
Řeky severní Ameriky
Řeky USA
Řeky jižní Ameriky
Řeky Afriky
Řeky Austrálie
1 – Murray r. 2 – Darling r. 3
3 – Macumba r. 4 – Cooper cr.
4 2
1
Historie říčního inženýrství v ČR Na našem území souvisí především s úpravami vodních toků se snahami o aktivní ochranu před velkými vodami a jejich hospodářské a dopravní využití. XV.-XVI. stol. silný rozvoj rybničního hospodaření v Čechách (v té době bylo jen v Čechách přibližně 25 000 rybníků) – výstavba náhonů na přivádění a odvod vody z rybničních soustav, využití vodní síly (mlýny), plavení dřeva, zásobování vodou, převody vod mezi povodími Oblast horního Labe – pardubická a chlumecko-cidlinská rybniční soustava (Vilém z Pernštejna) Oblast Třeboňska – jihočeská rybniční soustava (Štěpánek Netolický, Jakub Krčín) s díly Zlatá Stoka ( napájení soustavy) a Nová Řeka (odlehčovací kanál z Lužnice do Nežárky) Podpora přirozené splavnosti řek, začátkem XVIII. stol. stát se podílí na udržbě splavnosti Vltavy, přelom XVIII./XIX. stol. Schwarzenberský kanál vodní kanál pro splavování dřeva ze šumavských lesů do Vltavy a k Dunaji 1883 usnesení zemského sněmu o soustavných úpravách toků 1901-1907 vodocestné zákony
Současnost říčního inženýrství Vodní zákon 138/1973 Sb., přepracován v důsledku společenských změn a povodně r. 1997 na 254/2001 Sb., postupně řada změn: 76/2002 Sb., 320/2002 Sb., 274/2003 Sb., 20/2004 Sb., 413/2005 Sb., 444/2005 Sb., 222/2006 222/2006 Sb., 342/2006 Sb., 186/2006 Sb., 25/2008 Sb., 167/2008 Sb., 181/2008 Sb.
Koncepce státní správy vodohospodářsky významných vodních toků pomocí odborných organizací - podniky Povodí, s.p. Drobné vodní toky - Zemědělská vodohospodářská správa (ZVHS) (pozor!!!! od 1.1.2011 transformace ZVS a předání kompetencí při správě), Lesy ČR, s.p., obce (např. v Praze MHMP – Odbor ochrany prostředí – údržba Lesy hl. m. Prahy ). SVP - směrnice pro systematické plánování v oblasti vod, poměrně unikátní koncepce plánování v celosvětovém měřítku, musí z něho vycházet vodoprávní úřady při rozhodování. 1949-1953 jako Státní vodohospodářský plán republiky Československé, zásady hospodaření s vodami dle zákona č.11/1955 Sb., priorita - pokrývání požadavků na zdroje vody. 1975-1976 Směrný vodohospodářský plán ČSR (dosud platný s dílčími změnami), zakotven v 138/1973 Sb., zdůrazněn i požadavek ochrany vodních útvarů a příslušných ekosystémů SVP nyní musí vyhovět všem požadavkům Rámcové Směrnice pro politiku Evropského společenství v oblasti vody 2000/60/EC (WFD)
Plánování - oblasti povodí
Současnost říčního inženýrství Plán hlavních povodí ČR (pořizují kompetentní ministerstva – MZe, MŽP + dotčené ústřední správní úřady a KrÚ) Plány oblastí Povodí (pořizují správci povodí + příslušné KrÚ) – konečný návrh přijat 12/2009 obsah: 1. Už Užívání vod a jeho vliv na stav vod 2. Stav a ochrana vodní vodních útvarů tvarů 3. Ochrana př před povodně povodněmi a vodní vodní rež režim krajiny 4. Odhad dopadů dopadů opatř opatření ení na stav vod 5. Ekonomická Ekonomická analýza už užívání vod
Opět v souladu s legislativou EC
Říční síť ČR Celková délka říční sítě je 59 890 km, z toho asi ¼ délky jsou toky vodohospodářsky významné (14 120 km)
Správa povodí Správu vodohospodářsky významných toků vykonávají podniky Povodí, s.p., Na správě drobných vodních toků se podílí celá řada subjektů
Mezinárodní toky Území ČR je rozvodí hlavních evropských toků, povodí Labe, Odry, Moravy patří k mezinárodním oblastem povodí Labe, Odry a Dunaje. Vody odtékající z ČR – sledována kvantita i kvalita
Tok - definice Vodní tok (VT) §43 254/2001 Sb. – povrchové vody tekoucí vlastním spádem v korytě trvale nebo po převažující část roku, a to včetně vod v nich uměle vzdutých ( i vody ve slepých ramenech, úseky přechodně tekoucí v přirozených podzemních dutinách nebo úseky zakryté). Rozhoduje vodoprávní úřad. Koryto VT §44 – pozemek evidovaný v katastru jako vodní plocha, přes který teče vodní tok; část pozemku zahrnující dno a břehy koryta až po břehovou čáru určenou hladinou vody, která se nevylévá do přilehlého území.
Řeka (river) Řeka je přirozeným vodním tokem (stream, water course) . Ve srovnání s potokem má obvykle větší průtok (flow rate, discharge), délku nebo rozlohu povodí (river basin, catchment, watershed) Tok řeky můžeme rozdělit do tří částí: horní tok, s převahou eroze (erosion), charakteristické je říční údolí ve tvaru "V" s minimem usazenin střední tok, kde se projevuje eroze i sedimentace (sedimentation), říční údolí je plošší a s již významným podílem usazenin (sediments, deposits). Koryto toku má tvar písmena "U". dolní tok s převahou sedimentace – údolí je velice ploché, díky masivní sedimentaci vznikají rozsáhlé říční nivy (alluvial plain). Další pojmy: Potok, bystřina, veletok, pramen , ústí , delta, soutok, zdrojnice, meandr
Meandr Meandr je zákrut řeky, způsobený boční erozí – vymíláním břehů na jedné straně a usazováním na straně druhé. Na tvar říčních meandrů má vliv i Coriolisova síla. Rozdíl mezi prostým říčním zákrutem a meandrem bývá stanoven normativně, obvykle se udává, že středový úhel oblouku musí být větší než 180°.[1] Břehy meandrů se nazývají jesepní (vnitřní břeh) a výsepní (vnější břeh). Někdy může dojít k protnutí šíje meandru a vzniku okrouhlíku. Následným zahloubením říčního koryta se může meandr zcela oddělit od říčního toku a vznikne mrtvé rameno řeky, meandrové jezero. Meandry volné se vytvářejí v náplavových rovinách středních a dolních toků řek tam, kde se zpomaluje rychlost vodního toku a dochází k usazování unášeného materiálu. Volné meandry jsou charakteristické svou proměnlivostí, řeka neustále zvolna přemisťuje svůj tok. Volné meandry se pohybují postupně po směru toku. To je dáno tím, že nejvíce nejsou vystaveny boční erozi nárazové břehy ve vrcholu oblouku, ale v určité vzdálenosti po proudu. Tímto způsobem dochází nejen k posouvání meandrů, ale může dojít k protnutí šíje meandru. Z opuštěných meandrů se stávají slepá a mrtvá ramena. Typickými příklady jsou dolní tok Moravy či Labe v Polabské nížině. Meandry zakleslé, též meandry zaklesnuté, vznikají v místech, kde řeka vytváří hluboké údolí v tvrdých horninách. V takových místech řeka snadno své koryto přemístit nemůže a zařezává se hlouběji. Jako příklady lze uvést střední tok Vltavy či Dyje.
Meandr Meandry volné
Meandry zakleslé
Říční kategorie - hydrologický řád (počet posloupných zaústění) Řeky jsou rozděleny podle ústí do následujících kategorií: řeka I. kategorie je řeka, která ústí přímo do moře (v ČR jsou takovéto řeky jen dvě – Labe a Odra ) řeka II. kategorie je řeka, která ústí do řeky I. kategorie (v ČR např. Vltava, Morava, Ostravice) řeka III. kategorie je řeka, která ústí do řeky II. kategorie (v ČR např. Sázava, Dyje) řeka IV. kategorie je řeka, která ústí do řeky III. kategorie (v ČR např. Svratka, Úslava) pátá kategorie se už nezavádí, i když i takové řeky existují
Pořadí toku – hierarchizace přítoků v říční síti (Horton-Strahlerovo číslo)
Popis toku – staničení, (říční kilometráž) Říční kilometr udává kilometrickou vzdálenost určitého místa na vodním toku od ústí této řeky nebo potoku do jiného toku nebo vodní plochy. Nultý říční kilometr je situován k ústí řeky a směrem proti proudu se kilometry přičítají. Toto obrácené pořadí je dáno tím, že je většinou velmi obtížné přesně určit počátek vodního toku, jelikož pramen je často špatně dohledatelný, či je časté, že se pramen s časem pohybuje. Oproti tomu soutok, či ústi toku je dobře definovatelné a ve většině případu pevně dané (výjimku tvoří říční delty, které vytvářejí rozsáhlé plošiny a posunují ústí toku). Říční staničení je vyznačení podélné polohy na řece pomocí pravidelně rozmístěných tabulí, nápisů či podobných značek na břehu řeky. Kilometráž se někdy počítá zvlášť pro dílčí úseky řeky, například od státních hranic. Pro Labe od Mělníka výše se používají dvě různé kilometráže: buď od soutoku s Vltavou, nebo od česko-německé státní hranice.
Patník na soutoku toků
Kilometrovník u plavební cesty Labe
Nultý kilometr na Labi na CZ-D hranici
Popis toku – statistické údaje (délka toku, průtok, plocha povodí) Délka toku (od pramene k ústí)
Průměrný průtok Amazonka – 219 000 m3/s Kongo – 41 800 m3/s Maghna (společné ústí řek Maghna, Ganga, Brahmaputra – 39 000 m3/s Řeky s největším povodím Amazonka – 6 915 000 km2 Kongo – 3 680 000 km2 Nil – 3 400 000 km2
Povodí Povodí je oblast, ze které voda odtéká do jedné konkrétní řeky či jezera. Hranice mezi dvěma povodími se nazývá rozvodí. Všechna povodí konkrétního moře či oceánu pak nazýváme úmoří. Povodí je základní jednotkou pro vyhodnocování toků látek v přírodě. Většina prvků je totiž svými biogeochemickými cykly navázána na vodu, a tak při vyhodnocování toků lze vycházet ze základní hydrologické bilance povodí, která je dána srážkami a průtokem na konci povodí. Podobně i správa a údržba toků včetně veškerých protipovodňových opatření se provádí podle jednotlivých povodí. Největší povodí na světě má řeka Amazonka: zahrnuje asi 40 % rozlohy Jižní Ameriky, tj. asi 6 915 000 km2.
Nejvýznačnější evropská povodí
Hydrologie
- povodí
Povodí - rozvodnice Nejednoznačnost vymezení hranice povodí Bifurkace –
rozdělení říční sitě na více ramen, odvádějících vodu do jiného povodí
Říční pirátství –
načepování sousedního povodí zpětnou erozí
Říční pirátství Casiquiare – přírodní propojení Orinoka a Rio Negro (objeveno 1744 misionářem jezuitou Romanem) Casiquaire (410 km) v oblasti Tamatama odvádí cca 1/3 průtoku Orinoka
přírodní spojnice mezi povodím Orinoca a Negra (Amazon) - kanál Casiquiare - mapa oblasti dle A. von Humboldta (1799
Hydrologický cyklus 1. 2. 3. 4. 5.
Výpar a transpirace Atmosferický transport. (Velký a malý koloběh) Srážky, intercepce, … Povrchový a podpovrchový odtok Transport tokem: „Stroj“ na přeměnu potenciální energie na práci po spádu Práce: Eroze, transport látek, malá část využita – hydroenergetika. Transformace – fyzikální, chemická, biotická.
Graf vývoje povodí
Pravoúhlý graf vývoje povodí vyjádření nárůstu plochy povodí podle vzdálenosti od pramene
Tvar povodí Hodnocení tvaru povodí některými ukazateli Koeficient protáhlosti povodí
2 ⋅ P/π RE = L
Gravelliův koeficient
LR ΚG = 2 P⋅π
L – délka povodí
LR – délka rozvodnice
P – plocha povodí
P – plocha povodí
Tvar povodí Hodnocení tvaru povodí některými ukazateli Charakteristika povodí
P α= 2 L
Tvar povodí Hodnocení tvaru povodí některými ukazateli Charakteristika povodí
P α= 2 L
Hydrologický cyklus
Výskyt pozemských vod 97,2 % vod v oceánech a mořích (slané) 2,8 % vod je sladkých 2,2 % v ledovcích 0,6 % podzemní voda 0,009 % jezera 0,001 % v atmosféře 0,0001 % v řekách a potocích (% vyjádření v objemu, ale voda z různých zdrojů projde cyklem za různou dobu !!! - turnover)
Výskyt pozemských vod Důležité je i hledisko doby oběhu (turnover)
Hydrologie Hydrologický cyklus - bilance P - R - G - E - T = ∆S P
srážky, [L] nebo [L3 / T]
R
odtok, [L] nebo [L3 / T] R = Rout - Rin Rout = odtok z povodí jako složka povrchového odtoku z vodního útvaru / hydrologické oblasti Rin = odtok z povodí jako složka povrchového přítoku do vodního útvaru / hydrologické oblasti
G
podzemní odtok, [L] nebo [L3 / T] G = Gout - Gin Gout = podzemní odtok jako složka odtoku z vodního útvaru / hydrologické oblasti Gin = podzemní odtok jako složka přítoku z vodního útvaru / hydrologické oblasti
E
evaporace, [L] nebo [L3 / T]
T
transpiration, [L] nebo [L3 / T]
∆S
změna zásob, [L] nebo [L3 / T]
Hydrologie –
typy pohybu vody a jejich vliv na formování odtoku
Podzemní voda – spojitost hladiny p. v. s hladinou v toku Nízký vodní vodní stav
Vysoký vodní vodní stav
Hydrologie – hydrogram odtoku
Hydrologie – schéma odtokového procesu
Zjednodušené schéma odtokového procesu dle ČSN 73 6511
