EXPERIMENTÁLNÍ HYDROLOGICKÁ ZÁKLADNA JIZERSKÉ HORY

J. Hydrol. Hydromech., 54, 2006, 2, 163–182

EXPERIMENTÁLNÍ HYDROLOGICKÁ ZÁKLADNA JIZERSKÉ HORY ALENA KULASOVÁ1), JANA POBŘÍSLOVÁ1), JAN JIRÁK1), RUDOLF HANCVENCL1), LIBUŠE BUBENÍČKOVÁ2), ŠIMON BERCHA2) 1) Český hydrometeorologický ústav, Želivského 5, 466 05 Jablonec nad Nisou, Česká republika; mailto: [email protected] 2) Český hydrometeorologický ústav, Na Šabatce 17, 143 06 Praha 4-Komořany, Česká republika; mailto: [email protected]

Příspěvek se zabývá přehledem poznatků z hydrologického výzkumu v období let 1982–2005 v experimentálních povodích Českého hydrometeorologického ústavu (ČHMÚ) v imisně poškozené oblasti Jizerských hor. Základnu tvoří 7 malých povodí s rozlohou od 1,87 km2 do 10,6 km2 celkové plochy 37 km2. Všechna povodí leží ve vrcholové části Jizerských hor v Chráněné krajinné oblasti Jizerské hory, na rozvodí řek Labe a Odry. Nadmořská výška povodí se pohybuje mezi 700 až 1100 m. Správcem povodí je Oddělení hydrologického výzkumu, pracoviště Jablonec nad Nisou. Zpočátku byly práce zaměřeny převážně na získání co největšího počtu informací o srážkách, sněhu, množství a jakosti povrchové vody. Po roce 1995 byl monitoring rozšířen na více parametrů hydrologické bilance, sledování klimatických prvků a složek hydrologického procesu. Následně byl upřesňován jejich režim i jejich prostorové rozložení. Byla studována problematika rozdílnosti akumulace a odtávání sněhu na mýtině a v lese a odtoková a kvalitativní odezva na srážkovou činnost a tání sněhu. Za pomoci hydrologických a chemických modelů byly hledány odhady změn jejich závislosti na změně vegetačního pokryvu. KLÍČOVÁ SLOVA: experimentální povodí, monitoring, les, klima, srážky, sníh, průtoky, jakost povrchové vody. Alena Kulasová, Jana Pobříslová, Jan Jirák, Rudolf Hancvencl, Libuše Bubeníčková, Šimon Bercha: EXPERIMENTAL HYDROLOGICAL BASE IN THE JIZERA MOUNTAINS. J. Hydrol. Hydromech., 54, 2006, 2; 17 Refs, 18 Figs, 9 Tabs. The experimental basins in the Jizera Mountains were established at the beginning of the 1980th as a result of the forest devastation due to acid rain and repercussions of following human activities during its disposal with the aim to gain data for the quantification of runoff conditions changes in a changing environment. Seven small catchments with an area from 1.87 km2 to 10.6 km2 are situated in the spring regions in an elevation from 700 m a.s.l. to 1100 m a.s.l. in the catchments of the Černá Nisa, Kamenice, Jizerka and Směda streams. The long-term average annual temperature in the elevation of 780 m a.s.l. is +4.4°C, the long-term annual precipitation sum fluctuates between 1300 mm and 1800 mm. The Jizera Mountains are known for numerous intensive rainfalls in the summer period. The administrator of the experimental basins is the Czech Hydrometeorological Institute (CHMI), Department of Hydrological Research, Experimental Base Jablonec nad Nisou, which performs all operative activities and basic processing of data. In the basins, the monitored elements are water stages and discharges in rivers, surface water quality, rainfall, snow depth and snow water equivalent and climatological parameters. The following contribution gives an overview of information obtained from the hydrological research in the period 1981 – 2004. KEY WORDS: Experimental Basins, Monitoring, Forest, Climate, Precipitation, Snow, Discharge, Surface Water Quality.

Úvod Základnu tvoří 7 malých povodí ve vrcholové části Jizerských hor v Chráněné krajinné oblasti

(CHKO) Jizerské hory na rozvodí řek Labe a Odry. Nadmořská výška povodí se pohybuje mezi 700 m až 1100 m. Krajina je téměř neosídlená s významným turistickým ruchem. Roční srážkové úhrny, 163

A. Kulasová, J. Pobříslová, J. Jirák, R. Hancvencl, L. Bubeníčková, Š. Bercha

dosahující 1300–1800 mm, patří k největším v České republice. Průměrná roční teplota v nadmořské výšce 780 m je +4,4 °C. Povodí jsou odvodňována vodohospodářsky významnými toky s vodárenským využitím. Vody jsou kyselé, málo mineralizované se zvýšeným obsahem hliníku. Gestorem založení experimentální základny bylo Ministerstvo lesního a vodního hospodářství ČR (nyní Ministerstvo životního prostředí ČR). Důvodem pro její vznik bylo nejen upřesnění informací o srážkách a odtocích pro vodohospodářská využívání toků, ale zejména obava z dramatických změn vodního režimu, zejména minimálních a maximálních průtoků a kvality vod v území s tak významnými vydatnými srážkami (Bubeníčková, 1980). Zmíněná obava pramenila z nedostatku ověřených informací o důsledcích extrémní devastace lesů a dopadů lidské činnosti při odstraňování škod. Povodí byla postupně zakládána v letech 1982–1985 (Chamas, 1978; Bubeníčková, 1984), tedy v období, kdy monokulturní smrkové porosty hor byly již výrazně poškozeny kyselými dešti, mrazovou kalamitou i hmyzími škůdci. Vzhledem k velikým srážkám a silnému zasažení imisemi z Polska, NDR a také z vnitrozemí Čech, patřily hory v látkovém zatížení krajiny na prvé místo v Československu. Poškozené a suché porosty byly na dopravně přístupných lokalitách velkoplošně odtěžovány. V důsledku těžby docházelo nejen k rozšíření mýtin v povodích, ale i ke vzniku erozí ve svážnicích, denudaci balvanů a vytváření výmolů. V prosvětlených lesních porostech a na holinách bylo narušeno a následně zničeno podkorunové vegetační patro a odhalené plochy pokryly porosty rozličných druhů trav, zejména třtiny chloupkaté. Velkokapacitní těžby byly ukončeny koncem 80. let a bylo započato s lesní obnovou. Nejhorší případy erozí byly asanovány, většinou se však erozní rýhy časem vyplnily samy přirozenou cestou. Odlesněno bylo cca 60–80 % vesměs silně poškozených smrkových porostů a mýtiny osázeny odolnějšími dřevinami včetně smrků. V průběhu 90. let se přírodní poměry začaly pozvolna zlepšovat. Po počátečních průzkumech povodí, výběru lokalit a založení objektů zahrnoval monitorovací program sledování znečištění vzduchu a atmosférické depozice, měření letních srážek a sněhu, monitoring vodních stavů, vyhodnocování odtoků, odběr vzorků vody z toků a stanovení její jakosti. V roce 1996 byl klasický monitorovací systém nahrazen automatizovanou technikou (Projekt PHARE, 1994–1997) a rozšířen o další sledované prvky. 164

Základní informace o povodí − Celková plocha experimentální základny je 37 km2. Je situována v CHKO Jizerské hory, která má rozlohu 368,1 km2. Experimentální povodí leží v pramenní oblasti Jizery (povodí Labe), Lužické Nisy a Smědé (povodí Odry). − Základnu tvoří 7 malých povodí s plochou 1,87– 10,6 km2. Nejmenší povodí je Uhlířská, největší Jizerka. Pět povodí je situováno na jižních svazích hor, dvě na severních (Smědava I a Smědava II). Tři povodí jsou odvodňována do povodí Odry (Uhlířská, tok Černá Nisa, Smědava I a Smědava II, toky Bílá Smědá a Černá Smědá), čtyři do povodí Labe (Jizerka-Jizerka, Blatný rybník-Blatný potok, Kristiánov-Kamenice a Jezdecká-Černá Desná, obr. 1). − Vodou jsou zásobovány 2 vodárenské nádrže a odběrné studny. Další nádrž je retenční s částečným využitím pro energetické účely. − Území je tvořeno granitovým KrkonošskoJizerským masivem, nadmořská výška se pohybuje od 700 do 1100 m n. m. Terén je členitý, povětšině s velkými sklony svahů. Lesní hnědé půdy jsou zčásti podmáčené a zrašeliněné. Vyskytují se i četná rašeliniště. Na svazích se vytvářejí svahové sutě, které jsou náchylné k erozi. Základní fyzickogeografické charakteristiky jednotlivých povodí jsou uvedeny v tab. 1 (Bubeníčková, 1984). Lesní porosty Lesní porostní plocha zabírá 95–99 % plochy povodí. V roce 1980 byla převládající biocenóza smrk, porosty staré a mladé, s malým zastoupením středního věku, poškozené kyselými dešti, mrazem a hmyzími škůdci. V období 1983–1993 bylo cca 60–80 % ploch povodí odlesněno. Volné plochy zarůstaly třtinou chloupkatou (callamagrotis villosa) a postupně byly znova zalesňovány více odolnými dřevinami a smrkem. V roce 2005 rostou cca na 60–70 % ploch povodí mladé stromy do 10 až 20 let věku (věkový stupeň 1, 2). Na obr. 2 jsou součtovými čarami znázorněny odlišnosti věkového zastoupení lesních porostů v roce 1983, 1993 a 2003 v povodích Uhlířská, Kristiánov a Jezdecká. Z těchto 3 povodí bylo nejvíc odlesněno povodí Jezdecká.

Experimentální hydrologická základna Jizerské hory

Obr. 1. Experimentální povodí ČHMÚ v Jizerských horách. Fig. 1. Experimental basins of CHMI in the Jizera Mountains. T a b u l k a 1. Fyzickogeografické charakteristiky experimentálních povodí. T a b l e 1. Overview of geographical conditions in individual basins. Tok

Černá Nisa Blatný potok Kamenice Černá Desná Jizerka Bílá Smědá

Povodí Plocha povodí F Maximální nadmořská výška údolnice Nadmořská výška maximální povodí průměrná Nadmořská výška profilu Délka údolnice Lú Sklon údolnice Střední šířka povodí B = F/Lú Průměrná délka svahu Ls = B/2 Herbstův sklon povodí Součinitel tvaru povodí F/Lú2

Uhlířská

Blatný rybník Kristiánov

Jezdecká

Černá Smědá

Jizerka Smědava I Smědava II

2

[km ]

1,87

4,56

6,62

4,75

10,6

3,72

4,74

[m] [m] [m] [m] [km]

822 886 817 783 2,1

835 1071 819 756 3,6

1006 1085 903 778 4,0

890 1025 901 788 3,1

902 1025 913 859 4,7

990 1122 996 828 3,0

890 939 903 842

[%] [km] [km] [%]

2,3

2,4

6,4

3,9

1,1

6,0

4,3 3,0

0,89 0,45 3,5

1,27 0,64 10,5

1,66 0,83 12,5

1,53 0,77 14,9

2,25 0,10 10,3

1,20 0,60 17,9

1,10 0,55 7,5

0,42

0,35

0,41

0,49

0,48

0,41

0,65

Přístrojová vybavenost Měřicí síť v experimentálních povodích vznikala postupně od roku 1981 do roku 1985. Přístrojová vybavenost jednotlivých povodí se v průběhu času měnila podle potřeby ověřování vhodnosti zvole-

ných lokalit pro stanovení prostorového rozložení sledovaných prvků. Do roku 1989 byla měřicí síť obsluhována dobrovolnými pozorovateli. Od roku 1990 je stabilní a obsluha profesionální. V roce 1996 byl klasický monitorovací systém nahrazen automatizovanou technikou dodanou v rámci pro165


jektu PHARE. Monitoring byl rozšířen o klimatická pozorování, teplotu a vlhkost půdy a podkorunové srážky. Zavedeno bylo i kontinuální sledování pH, teploty a vodivosti vody sondami umístěnými v toku u limnigrafických stanic. Manuální odběry vody z toků pro komplexní rozbory její jakosti byly doplněny automatizovanými odběry, které umožnily časté odebírání vzorků vody při zvýšených vod-

ních stavech. V roce 2003 bylo zrušeno měření podkorunových srážek, neboť lokality byly po polomech a odumření porostů vytěženy. Rovněž i některé další přístroje byly časem opotřebovány a počet stanic je proto v současné době oproti roku 1996 redukován (tab. 2). Od roku 2004 jsou v rámci projektu Labe IV (Blažková, 2003) povodí vybavována novými přístroji české výroby.

věkový stupeň

UHLÍŘSKÁ - VĚKOVÉ ZASTOUPENÍ LESNÍCH POROSTŮ V PROCENTECH PLOCHY POVODÍ 16 14 12 10 8 6 4 2 0

1983 1993 2003 0

20

40

60

80

100

% plochy povodí

věkový stupeň

JEZDECKÁ - VĚKOVÉ ZASTOUPENÍ LESNÍCH POROSTŮ V PROCENTECH PLOCHY POVODÍ 16 14 12 10 8 6 4 2 0

1983 1993 2003 0

20

40

60

80

100

% plochy povodí

věkový stupeň

KRISTIÁNOV - VĚKOVÉ ZASTOUPENÍ LESNÍCH POROSTŮ V PROCENTECH PLOCHY POVODÍ 16 14 12 10 8 6 4 2 0

1983 1993 2003 0

20

40

60

80

100

% plochy povodí

Obr. 2. Změna věkového zastoupení lesních porostů v povodí Uhlířská, Kristiánov a Jezdecká ve dvacetiletí 1983–2003. Fig. 2. Forest age changes in the basins Uhlířská, Kristiánov and Jezdecká in 1983–2003.

166


Druhy měřených prvků, četnost měření, období pozorování a základní hodnocení dat uvádí tab. 3. T a b u l k a 2. Přístrojová vybavenost jednotlivých experimentálních povodí v roce 2005. T a b l e 2. Monitoring in experimental basins in the year 2005.

Sněhoměrné

Klimatologické Automatické sněhoměrné

Povodí

Tok

Limnigrafy

Srážkoměry

profily

stanice

nadm.

nadm.

nadm.

nadm.

výška

výška

výška

výška

stanice nadm.

[m]

počet

[m]

počet

[m]

počet

Černá Nisa Blatný Blatný Rybníkpotok Kristiánov Kamenice Jezdecká Černá Nisa Smědava I Bílá Smědá Černá Smědava II Smědá

1

783

5

783–866

6

777–876

1

825

1

1 1 1 1

756 778 788 828

3 3 3 2

756–927 778–988 788–922 997–1006

4 4 6 1

756–846 808–908 788–928 997

1

893

1

842

2

842–916

1

845

Jizerka

1

859

4

866–950

3

866–938

1

866

počet Uhlířská

Jizerka

[m] počet

výška 810

[m]

T a b u l k a 3. Přehled měřených prvků, četnosti měření a období pozorování. T a b l e 3. Overview of measured elements, frequency of measurement and time of observation.

Prvek vodní stav průtoky teplota vody jakost vody jakost vody – aut. odběr jakost vody – VÚV jakost vody – VÚV srážky výška sněhu vodní hodnota automatická sněhoměrná stanice směr větru rychlost větru teplota vzduchu vlhkost vzduchu přízemní teplota vzduchu teplota půdy teplota sněhu

Četnost měření 10 minut 5 krát za rok průměr 30 minút 1 krát za měsíc 1, 2, 4, hodiny týdenní odběr automatická sonda interval 10 minut

LIMNIGRAFICKÉ STANICE Základní vyhodnocování Počet stanic přístrojů Období pozorování průměr hodina, den 7 VI.1996 – doposud průměr hodina, den 7 VI.1996 – doposud průměr hodina, den 2 2000 – doposud 1 krát za měsíc 4 1982 – doposud dle odběru 1 1997, 1999, 2004, 2005 týdenní odběry 2 2004 – doposud průměr den, měsíc

2

SRÁŽKY impuls s 0,1 mm úhrn hodina, den 22 MĚŘENÍ VÝŠKY A VODNÍ HODNOTY SNĚHU týdně průměr naměřených 25 profilů nebo dle možnosti hodnot v profilu průměr 30 minút

průmeř hodina, den

1

KLIMATOLOGICKÁ POZOROVÁNÍ průměr 10 minut průměr, hodina, den 3 průměr 10 minut průměr, hodina, den 3 10 minut průměr, hodina, den 9 30 minut průměr, hodina, den 1 10 minut průměr, hodina, den 3 10 minut průměr, hodina, den 3 ruční měřění týden 4 průměr 30 minut průměr, hodina, den 1 stanice á 3 čidla

2003 – doposud V. – X.1996 – doposud 1999 – doposud 1998 – doposud VI.1996 – doposud VI.1996 – doposud VI.1996 – doposud VI.1996 – doposud VI.1996 – doposud VI.1996 – doposud 2003 – doposud 2000 – doposud

167


kud rozdílné hodnoty, jejich vzestup i pokles je obdobný. Rok 2000 byl z celého období 1961–2004 nejteplejší – na Bedřichově +6,6 °C, na Souši +6,5 °C. Nejstudenější byl rok 1962, na Bedřichově +3,4 °C, na Souši +3,2 °C. Nejnižší roční teplota byla zaznamenána na Bedřichově v roce 1940 +2,5 °C. Trend hodnot průměrné teploty vzduchu za rok, v letní (červen až září) i v zimní části roku (listopad až duben) byl v obou stanicích v období 1981–2004 i 1961–2004 stoupající (obr. 3).

Teplota vzduchu V Jizerských horách jsou umístěny dvě stanice základní klimatologické měřící sítě ČHMÚ, které dlouhodobě pozorují a jejichž údaje jsou výchozím podkladem pro hodnocení klimatu v experimentálních povodích. Jsou to stanice Bedřichov, přehrada a Desná, Souš (777 a 772 m n.m). V období poválečného společného pozorování se dlouhodobá průměrná roční teplota v obou stanicích vzájemně nelišila (1961–1990 +4,4 °C, 1991– –2004 +5,4 °C). I když jednotlivé roky mají poně-

PO RO VNÁNÍ PRŮMĚRNÝCH RO ČNÍC H TEPLO T BEDŘICHO V A SO UŠ 1982-2004

o

průměrná teplota vzduchu C

8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 2004

2003

2002

2001

2000

1999

1998

1997

1996

1995

BEDŘICHOV - TEPLOTY Lineární (BEDŘICHOV - TEPLOTY)

1994

1993

1992

1991

1990

1989

1988

1987

1986

1985

1984

1983

1982

rok

SOUŠ TEPLOTY Lineární (SOUŠ TEPLOTY)

Obr. 3. Průměrná roční teplota vzduchu na Bedřichově a Souši v období 1981–2004. Fig. 3. Average yearly air temperature on Bedřichov and Souš in period 1981–2004.

Zimy v období 1991–2004 byly v průměru teplejší než v předchozích hodnocených obdobích. Nejchladnější leden byl –12,9 °C na Bedřichově v roce 1942, na Souši –9,7 °C v roce 1987. Absolutní minimální teplota podle extrémního teploměru byla na Bedřichově naměřena dne 14. 1. 1987 –30,5 °C, na Souši –29,0 °C dne 8. 1. 1985. Hodnoty v letních měsících 1991–2004 byly nejvyšší z celého období 1961–2004. Nejteplejší měsíc byl červenec 1994 (v obou stanicích +19,1 °C). Dne 31. 7. 1994 bylo dosaženo i absolutní teplotní maximum podle extrémního teploměru +33,0 °C na Bedřichově a +32,8 °C na Souši. Od roku 1997 bylo měření teploty v Jizerských horách rozšířeno na více lokalit. Teplotní čidla jsou umístěna do terénních klimatických stanic a k limnigrafickým budkám. Automatické přístroje 168

poskytují nepřetržitý digitální záznam, což umožňuje přesné stanovení výskytu extrémů. V období 1997–2004 byla naměřena na stanicích v experimentálních povodích průměrná roční teplota od +3,0 do +5,8 °C. Po ověření a zhodnocení naměřených dat od roku 1997 jsme dospěli k následujícím výsledkům: oblast Jizerských hor v povodí Desné a Jizerky je chladnější něž část západní (Černá Nisa, Blatný potok), což se projevuje i delším trváním sněhové pokrývky. Teplota měřená u limnigrafů je ovlivňována blízkostí toku a nepříliš vzdáleným lesním porostem. Např. lokalita Souš je o 0,5 až 1 °C v měsíčních průměrech teplejší než Jezdecká, i když nadmořské výšky jsou téměř totožné. Klimatická stanice Jizerka, která je položena cca o 80 m výše než Jezdecká a Souš, má zejména v zimním období


1991–2004 1412 mm a 1340 mm). Trend výskytu srážek v období 1961–2004 byl na Souši stoupající, zejména vlivem vyššího výskytu srážek v zimě. Na Bedřichově byl trend srážek spíše setrvalý. Roční srážkové úhrny v období 1981–2004 a jejich trendy jsou uvedeny na obr. 4. Nejvyšší roční srážkové úhrny (přes 2000 mm) byly zaznamenány v roce 1926 (Bílý PotokJizerka), 1974 ve stanici (Kořenov-Jizerka) a 1941 (Nové Město pod Smrkem). Výčet není úplný, neboť některé stanice mají neúplné údaje. Nejmenší roční úhrny byly naměřeny na Souši 841 mm v roce 1972 a 693 mm na Bedřichově v roce 2003.

průměrné měsíční teploty o 1,9 °C nižší než Souš. Denní průběh teploty je variabilnější, zejména hodnoty denních minim jsou nižší. Několikrát byly zaznamenány okamžité měřené hodnoty až –36 °C. Teploty pod 0 °C se vyskytují i v létě. Srážky Srážky se v Bedřichově měří s výjimkou válečných let od roku 1891, na Souši od roku 1926. Jejich hodnoty mají v obou stanicích obdobný průběh, ale na Desné, Souši jsou většinou vyšší (dlouhodobý srážkový roční úhrn 1961–1990 na Souši 1340 mm, na Bedřichově 1235 mm, v období

roční úhrn srážek (mm)

POROVNÁNÍ ROČNÍCH ÚHRNŮ SRÁŽEK BEDŘICHOV A SOUŠ 1982-2004

BEDŘICHOV-SRÁŽKY

SOUŠ-SRÁŽKY

Lineární (BEDŘICHOV-SRÁŽKY)

Lineární (SOUŠ-SRÁŽKY)

2004

2003

2002

2001

2000

1999

1998

1997

1996

1995

1994

1993

1992

1991

1990

1989

1988

1987

1986

1985

1984

1983

1982

rok

1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0

Obr. 4. Roční srážkové úhrny Bedřichov a Souš 1981–2004. Fig. 4. Yearly precipitation totals Bedřichov and Souš 1981–2004.

Hodnoty přesahující v měsíčním úhrnu 400 mm byly zaznamenány v červnu 1926, v říjnu 1930, v srpnu 1938, v listopadu 1947, červenci 1997, prosinci 1998 a srpnu 2002. Minima měsíčních srážkových úhrnů (pod 20 mm) se vyskytovala často v nevegetačním období (v lednu 1996 na Souši 5 mm, na Bedřichově 8 mm), někdy též v srpnu a září, ojediněle v květnu a červnu. Nejsušší vegetační období bylo zaznamenáno v letech 1941, 1982 a 2003. V experimentálních povodích ČHMÚ jsou od roku 1982 v letních měsících instalovány ombrografy, jejichž počet se v průběhu let pohyboval mezi 17 až 33 přístroji. Jsou umísťovány v různých nadmořských výškách, i ve srážkově nejexponovanějších místech. V porovnání s úhrny naměřenými na klimatologických stanicích hodnoty srážek

v některých lokalitách v experimentálních povodích bývají vyšší. Maxima jsou zpravidla dosahována na rozvodí toků Smědé, Desné a Jizerky. Srážkově nejexponovanější je lokalita Knajpa (997 m n.m.) v povodí Bílé Smědé (měsíční úhrn v červenci 1997 na Knajpě 531,9 mm, na Souši 367,1 mm, v srpnu na Knajpě 2002 490,1 mm a na Souši 267,6 mm – Kulasová, 1994–2005). Na obr. 5 jsou porovnány úhrny srážek v letních měsících mezi klimatologickými stanicemi a jim územně odpovídajícími srážkoměry v experimentálních povodích. Historicky maximální denní úhrn 345 mm byl naměřen v Jizerských horách na Nové Louce u Bedřichova dne 29. 7. 1897 a tento rekord nebyl dosud překonán. Jednodenní úhrn v srpnu 2002 dosáhl na Knajpě 278,0 mm, dvoudenní 353,6 mm (Kulasová, 2005). 169


POROVNÁNÍ ÚHRNŮ SRÁŽEK - ZÁPAD BEDŘICHOV

NOVÁ LOUKA

HŘEBÍNEK

KRISTIÁNOV

PRŮMĚRNÝ ÚHRN SRÁŽEK ZA OBDOBÍ (mm)

700 600 500 400 300 200 100

1982-1987

1988-1990

1992-1996

1997-2001

ÚHRN VI-IX

ZÁŘÍ

SRPEN

ČERVENEC

ČERVEN

ÚHRN VI-IX

ZÁŘÍ

SRPEN

ČERVENEC

ČERVEN

ÚHRN VI-IX

ZÁŘÍ

SRPEN

ČERVENEC

ČERVEN

ÚHRN VI-IX

ZÁŘÍ

SRPEN

ČERVENEC

ČERVEN

ZÁŘÍ

SRPEN

ÚHRN VI-IX

OBDOBÍ

ČERVENEC

ČERVEN

0

2002-2004

POROVNÁNÍ ÚHRNŮ SRÁŽEK - VÝCHOD SOUŠ

KNAJPA

KASÁRENSKÁ

JIZERKA

600 500 400 300 200 100

1988-1990

1992-1996

1997-2001

ÚHRN VI-IX

ZÁŘÍ

SRPEN

ČERVENEC

ČERVEN

ÚHRN VI-IX

ZÁŘÍ

SRPEN

ČERVENEC

ČERVEN

ÚHRN VI-IX

ZÁŘÍ

SRPEN

ČERVENEC

ČERVEN

ÚHRN VI-IX

ZÁŘÍ

SRPEN

ČERVENEC

ČERVEN

ZÁŘÍ

SRPEN

1982-1987

ÚHRN VI-IX

OBDOBÍ

ČERVENEC

0 ČERVEN

PRŮMĚRNÝ ÚHRN SRÁŽEK ZA OBDOBÍ (mm)

700

2002-2004

Obr. 5. Srážky VI.–IX. 1982–2004 v západní a východní části experimentální základny. Fig. 5. Precipitation VI. – IX. 1982 – 2004 in the west and east region of Experimental Base.

V období 1982–2004 v měsících červen až září se vyskytlo 610 případů jednodenních srážek (10 a více milimetrů) s největší četností v měsíci červenci. Jednodenní srážkový úhrn 50 a více milimetrů se vyskytl 43-krát, 100 a více milimetrů celkem 9-krát. Srážkové situace s největšími úhrny jsou uvedeny v tab. 4, mapka ze srážkové epizody 12.–13. 8. 2002 a průměrné srážky na povodí při této situaci jsou na obr. 6 a 6a. (Bubeníčková, 2003). 170

Měření sněhu v experimentálních povodích Výšku sněhu měřili pozorovatelé na srážkoměrných a klimatických stanicích od konce předminulého století. Nejdelší zachovaná řada ze stanice Bedřichov byla použita pro hodnocení zim v letech 1900–2005 (Kulasová, 2005). V souvislosti s teplotou, množstvím srážek a jejich časovým rozložením jsou jednotlivé zimy rozdílné. Zimní období 1906/1907 se vyznačovalo


T a b u l k a 4. Největší srážkové úhrny naměřené v experimentálních povodích ČHMÚ Jizerské hory v období 1982–2004. T a b l e 4. Maximum precipitation measured in experimental basins of CHMI in the Jizera Mountains in 1982–2004.

Srážkový úhrn jednodenní ≥ 100 mm

Počet Rok ombro-

Datum

grafů

počet

maximum

lokalita

výška

lokalit

[mm]

1983 1992 1993 1995

32 20 18 17

3. 8. 23. 6. 31. 8. 31. 8.

9 17 1 7

133,0 154,9 105,0 144,0

Černá Hora Hřebínek Smědava Kasárenská

972 827 1003 915

1996 1997

23 22 22 20

8. 7. 6. 7. 19. 7. 12. 8.

13 8 8 20x)

135,4 162,8 136,2 278,0

Lasičí Kůrovec Kasárenská Knajpa

943 880 915 989

2002

x)

Srážkový úhrn dvoudenní ≥ 200 mm Datum

[m n.m.]

v 7 lokalitách nad 200 mm

počet maximum

lokalita

výška

lokalit

[mm]

1

206,8

Knajpa

989

193,9 202,7 353,6

Kůrovec Lasičí Knajpa

943 989

335,5

Smědavská h.

1003

3.–4. 8.

6. –7. 7. 1 18. –19. 7. 1 12. –13. 8. 18x) x)

[m n.m.]

v 7 lokalitách nad 250 mm

Obr. 6. Srážkové úhrny 12.–13. 8. 2002. Fig. 6. Precipitation totals 12. – 13. 8. 2002.

171


Obr. 6a) Průměrná srážka na experimentální povodí 12.–13. 8. 2002. Fig. 6a) Average precipitation on the watersheds 12. – 13. 8. 2002.

nejvyšší průměrnou výškou sněhu (98 cm) za celé období pozorování. Největší srážkový úhrn byl naměřen v zimním období 1910/1911 (889 mm). Nejstudenější byla zima 1941/1942 (průměrná teplota vzduchu XI.–IV. –4,3 °C, úhrn srážek 490 mm, teplota pod bodem mrazu od 18. 12. 1941 do 15. 3. 1942, maximální výška sněhu 112 cm). Nejdelší zima byla r. 1943/1944 (průměrná teplota XI.–IV. –2,4 °C, úhrn srážek 754 mm, sněhová pokrývka trvala 198 dnů při průměrné výšce sněhu 58 cm, nejvyšší výška sněhu na Bedřichově 29. 3.–30. 3. činila 170 cm). V této zimě byla také naměřena vůbec největší výška sněhu, a to na Jizerce dne 29. 3. 1944 315 cm. Téměř bez sněhu byly zimy 1932/1933 (průměrná teplota vzduchu XI.–IV. –2,1 °C, úhrn srážek 392 mm) a 1933/1934 (průměrná teplota vzduchu XI.–IV. –1,1 °C, úhrn srážek 368 mm). V období 1982–2005 se vyskytovaly suché a teplé zimy (1989/1990, 1994/1995, 1997/1998), ale i zimy s dostatečným množstvím sněhu, např. zima 1986/1987 a 2004/2005. Zima 1986/1987 (obr. 7) byla studená (průměrná teplota XI–IV –2,7 °C, úhrn srážek 637 mm, maximální výška sněhu na Bedřichově 160 cm. Velmi chladno bylo po celé zimní období, ve dnech 10. 1. 1987 až 14. 1. 87 teplota poklesla pod –20 °C). Dne 14. 1. byla naměřena minimální teplota podle extrémního teploměru –30,5 °C. V zimě 2004/2005 (průměrná

172

teplota XI.–IV. –1,2 °C, úhrn srážek 695,3 mm). Sníh se vyskytoval na celém území Čech. Klimaticky obdobný trend byl i v roce 1969/1970. Od začátku března vydatně sněžilo. Dne 14. 3. dosáhla výška sněhu 235 cm. Tato hodnota byla totožná s nejvyšší výškou sněhu dne 6. 3. 1970. Souvislá sněhová pokrývka trvala od 19. 11. 2004 do 11. 4. 2005, tj.143 dnů. V lese v profilu Kasárenská se sníh udržel až do května 2005. Průběh zimy je znázorněn na obr. 8. Sněhoměrná měření se uskutečňují v experimentálních povodích od roku 1982 v předem stanovených profilech, kde se výška sněhu měří v 10 bodech a vodní hodnota sněhu ve 3 bodech. Počet profilů se v průběhu času měnil podle změny zalesnění a podle potřeby upřesnění informací o sněhových poměrech v povodí. V současné době se měří v 25 profilech, v 9 profilech párově na mýtině a v lese a v 7 profilech pouze na mýtině (Kulasová, 1994–2005). V tab. 5 jsou uvedeny nejvyšší výšky sněhu naměřené ve studené zimě 1986/1987. Dvoumetrové výšky sněhu bylo dosahováno v nadmořské výšce nad 800 m. V tab. 6 jsou porovnány nejvyšší dosažené výšky sněhu a jejich odpovídající vodní hodnoty v jednotlivých povodích v zimním období 2004/2005.


30

200

20 10

150

0 100

-10

50

-20

0

teplota vzduchu (°C)

výška sněhu SCE (cm)

BEDŘICHOV 1986/1987 250

-30 X

XI

měsíc

XII

I

výška sněhu

II

III

teplota vzduchu

IV

V

normál teploty vzduchu

Obr. 7. Průběh zimy 1986/1987 na klimatologické stanici Bedřichov. Fig. 7. Winter course 1986/1987 in the climatological station Bedřichov.

30

200

20 10

150

0 100

-10

50

-20

0

-30 X

měsíc

teplota vzduchu (°C)

výška sněhu SCE (cm)

BEDŘICHOV 2004/2005 250

XI

XII

výška sněhu

I

II

III

teplota vzduchu

IV

V

normál teploty vzduchu

Obr. 8. Průběh zimy 2004/2005 na klimatologické stanici Bedřichov. Fig. 8. Winter course 2004/2005 in the climatological station Bedřichov.

T a b u l k a 5. Nejvyšší výšky a vodní hodnoty sněhu naměřené v zimě 1986/1987. T a b l e 5. Maximum snow depth and snow water value measured in winter 1986/1987. Nadmořská Povodí

Profil

výška

Výška sněhu

Smědava-les U Jeřábu-les Knajpa-les Knajpa-les Knajpa-les Černá Desná-mýtina Kasárenská-les Pod Jizerou-les

845 916 997 997 997 790 922 972

[cm] 214 219 220 220 220 222 223 224

[mm] 850 664 722 773 861 414 770 880

Den

[m] Černá Smědá Černá Smědá Bílá Smědá Bílá Smědá Bílá Smědá Jezdecká Jezdecká Bílá Smědá

SCE

Vodní hodnota sněhu SVH

19. 3. 19. 3. 23. 2. 26. 2. 25. 3. 12. 3. 19. 3. 25. 3.

173

A. Kulasová, J. Pobříslová, J. Jirák, R. Hancvencl, L. Bubeníčková, Š. Bercha T a b u l k a 6. Nejvyšší výšky a vodní hodnoty sněhu naměřené v jednotlivých povodích v zimě 2004/2005. T a b l e 6. Maximum snow depth and snow water value measured in individual basins in winter 2004/2005. Nadmořská Povodí

Profil

výška

Výška sněhu

Tomšovka-mlází Hřebínek-mýtina U Podkovy-mlází Kasárenská-les Knajpa-mýtina Smědava-mýtina U Bunkru-mýtina

Při hodnocení sněhového režimu na mýtině a v lese je třeba posuzovat odděleně fázi akumulace a tání sněhové pokrývky (Stehlík, 2003). Kromě místních poměrů sledovaných lokalit (nadmořské výšky, expozice, návětrnosti apod.) je třeba u profilů v lese věnovat pozornost porostním poměrům. Na obr. 9 jsou porovnány výsledky měření na mýtině a v lese v zimním období 2004/2005 z profilu Kasárenská (nadmořská výška 928 m, hustý vzrostlý les) a Jezdecká (790 m, řídký les). Na mýtině se v obou případech akumulovalo více sněhu. I vodní hodnoty jsou v době akumulace vyšší. Stejný je i

812 835 888 928 997 845 900

[cm] 171 142 198 214 169 201 227

[mm] 532 495 656 715 656 807 888

Den

[m] Uhlířská Blatný Rybník Kristiánov Jezdecká Bílá Smědá Černá Smědá Jizerka

SCE

Vodní hodnota sněhu SVH

17. 3. 17. 3. 11. 3. 15. 3. 1. 3. 15. 3. 15. 3.

poměr hodnot v době tání v profilu Jezdecká, zatímco na Kasárenské se v lese udržovala sněhová pokrývka, která v době, kdy mýtina byla již beze sněhu, dosahovala ještě 80 cm. Z hodnocení zim z období 1900–2005 nemohly být trendy výskytu mírných a tuhých zim zjištěny, ačkoliv výška sněhu od 80. let je menší než v předcházejících obdobích. Z výsledků sněhoměrných měření v jednotlivých profilech je zřejmé, že získané informace z konkrétních lokalit nejsou vzájemně přenosné.

Obr. 9. Výška a vodní hodnota sněhu na mýtině a v lese v sněhoměrných profilech Kasárenská a Jezdecká v zimě 2004/2005. Fig. 9. Snow depth and its water value on clearings and in forest of snow courses Kasárenská and Jezdecká in winter 2004/2005.

174


Průtoky ve stanici Uhlířská V následujících grafických ukázkách uvádíme výsledky měření průtoků ve stanici Uhlířská na Černé Nise v období 1982–2004 (průměrný dlouhodobý roční průtok (0,057 m3 s-1). Nejvíce vodné byly roky 1987, 1988, 1995 a 2002, málo vodné roky 1985, 1990, 1991 1992, nejsušší 2003 a 2004. Průtoky ostatních let se pohybovaly kolem normálu. Trend průtoků v tomto období byl mírně klesající (obr. 10).

Měsíce s největší vodností jsou březen, duben, květen a srpen, ostatní měsíce jsou v dlouhodobých průměrných hodnotách průtokově téměř vyrovnané. Nejmenší vodnost vykazuje měsíc říjen (obr. 11). Nejmenší průměrný měsíční průtok 9 l s-1 byl však zaznamenán v srpnu 2003 a 10 l s-1 v září 1982. Měsíční maximum bylo dosaženo v dubnu 1987 (0,307 m3 s-1). Měsíční maxima v červenci 1997, březnu 2000 a únoru 2002 mají již nižší hodnoty (0,178, 0,171 a 0,162 m3 s-1).

Uhlířská - Černá Nisa 0,080

3

-1

průtok [m . s ]

0,070 0,060 0,050 0,040 0,030 0,020 0,010

průměrné roční průtoky

2004

2002

2000

1998

1996

1994

1992

1990

1988

1986

1984

1982

0,000

Lineární trend průtoků

Obr. 10. Průměrné roční průtoky a lineární trend průtoků ve stanici Uhlířská v letech 1982–2004. Fig. 10. Average yearly discharges and linear trend of discharges in the station Uhlířská in years 1982 – 2004.

Uhlířská - Černá Nisa

0,300

3

-1

průto k [m.s ]

0,400

0,200 0,100 0,000 XI

XII

I

II

III

minimální měsíční průtok maximální měsíční průtok

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

průměrný měsíční průtok

Obr. 11. Průměrné, minimální a maximální měsíční průtoky v období 1982–2004. Fig. 11. Average, minimun and maximum monthly discharges in the season 1982 – 2004.

175


opět v létě 2004, neboť ani zvýšení průtoků v jarních měsících nestačilo doplnit zásoby podzemních vod (obr. 13). Následující obrázky 14 a 15 uvádí porovnání mdenních křivek překročení průtoků z nejvodnějších a nejsušších let a průměrných m-denních křivek z desetiletých období 1982–1991 a 1992–2001.

I když se hodnoty průměrných ročních průtoků v nejvodnějších letech od sebe výrazně neliší (0,072 až 0,066 m3 s-1), následující obrázky, v nichž je znázorněno rozložení měsíčních průtoků v roce, dokumentují rozdílnost průtokového režimu (obr. 12). Obdobně rozdílný je i režim suchých let. Např. malá vodnost v letním a podzimním období 2003 pokračovala i v zimních měsících XI–I 2004 a Uhlířská - Černá Nisa průměrné měsíční průtoky v roce 1987

Uhlířská - Černá Nisa průměrné měsíční průtoky v roce 1988 3 -1

0,300 0,250 0,200 0,150 0,100

průtok [m .s ]

3 -1

průtok [m .s ]

0,350

Qa=0,072 m3.s-1

0,050 0,000 XI

0,350

XII

I

II

III

IV

V

VI

VII VIII

IX

X

Uhlířská - Černá Nisa průměrné měsíční průtoky v roce 1995 3 -1

3 -1

průtok [m .s ]

3

Qa=0,072 m .s

0,150

-1

0,100 0,050 0,000 XI

XII

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

XII

I

II

III

IV

V

VI

VII VIII IX

X

Uhlířská - Černá Nisa průměrné měsíční průtoky v roce 2002

0,250 0,200

3 -1

Qa=0,067 m .s

XI

0,300

průtok [m .s ]

0,350 0,300 0,250 0,200 0,150 0,100 0,050 0,000

IX

0,350 0,300 0,250 0,200 0,150

3

Qa=0,066 m .s

-1

0,100 0,050 0,000 XI

X

XII

I

II

III

IV

V

VI

VII VIII

IX

X

Obr. 12. Průměrné měsíční průtoky nejvodnějších roků – 1987, 1988, 1995 a 2002. Fig. 12. Average monthly discharges in the years with the biggest run-off – 1987, 1988, 1995 and 2002.

0,350 0,300 0,250 0,200 0,150 0,100 0,050 0,000

Uhlířská - Černá Nisa průměrné měsíční průtoky v roce 1990 průtok [m3.s-1]

průtok [m3.s-1]

Uhlířská - Černá Nisa průměrné měsíční průtoky v roce 1985

Qa=0,047 m3.s-1

XI

XII

I

II

III

IV

V

VI

VII VIII

IX

X

0,350 0,300 0,250 0,200 0,150 0,100 0,050 0,000 XI

XII

I

II

III

IV

V

-1

VI

VII VIII

X

0,350 -1 3

3

Qa=0,039 m .s

0,150 0,100 0,050 0,000

-1

0,300 0,250 3

0,200

Qa=0,040 m .s

0,150

-1

0,100 0,050 0,000

XI

XII

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII

I

II

III

IV

V

VI

0br. 13. Průměrné měsíční průtoky v nejméně vodných letech – 1985, 1990, 2003 a 2004. Fig. 13. Average monthly discharges in the years with the smallest run-off – 1985, 1990, 2003 and 2004.

176

IX

Uhlířská - Černá Nisa průměrné měsíční průtoky v roce 2005 průtok [m .s ]

průtok [m3.s-1]

Uhlířská - Černá Nisa průměrné měsíční průtoky v roce 2003 0,350 0,300 0,250 0,200

3

Qa=0,045 m .s

VII VIII

IX

X


Uhlířská - Černá Nisa m-denní křivky překročení 450

450 400 350 300 250 200

průtok (l.s-1)

1987 1995 1988

150 100 50 0

400 350

1985

300 250 200 150

2003

1990 2004

355

300

240

180

120

60

M5

20

0

355

300

240

180

120

20

60

100 50 M5

-1

průtok (l.s )

Uhlířská - Černá Nisa m-denní křivky překročení

1982-1991

355

300

240

180

120

20

450 400 350 300 250 200 150 100 50 0

60

Uhlířská - Černá Nisa průměrné křivky překročení

M5

-1

průtok [l.s]

Obr. 14. M-denní křivky překročení průtoků z vodných a suchých let. Fig. 14. Curve of exceeding m-day discharges in wet and dry years.

1992-2001

Obr. 15. Průměrné m-denní křivky překročení průtoků z desetiletých období. Fig. 15. Average curves of exceeding m-day discharges from ten year-periods.

Z porovnání průměrných m-denních křivek překročení je patrno, že ve sledovaných desetiletích, v nichž došlo k největším změnám v porostním pokryvu povodí, nebyly zaznamenány žádné výrazné průtokové změny (obr. 15). Po vodohospodářskou praxi je důležitá znalost trvání dnů s minimálními průtoky. Proto byl v jednotlivých letech stanoven počet výskytu suchých období a počet dnů trvání pro mezní průtoky Q300, Q330 a Q355 při vyloučení případů s trváním kratším než 3 dny (obr. 16). Největší počet výskytu suchých období s průtoky menšími než Q300 byl v roce 2004 (16), v roce 1983 (11) a v roce 1992 (10). Největší počet dnů jejich výskytu byl v roce 2004 (159 dní), 1983 (136 dní), 1992 (134 dní), v roce 1985 (125 dní) a v roce 2003 (111 dní). V roce 1987, 1988 a 2001 se průtoky menší než Q300 nevyskytovaly. Nejvíce dní s průtoky menšími než Q330 bylo v roce 1985 (114), v roce 1992 (88), v roce 2003 (85) a v roce 2004 (82). Průtoky nižší než Q355 se vyskytovaly v roce 1985, 1999 a 2003. Roky 1985 a 2003 byly pro vodohospodáře z hlediska nedostatkových objemů vody obtížnější než rok 2004, který je z celého ob-

dobí druhý nejsušší. V roce 2002 se vyskytla významná srážkoodtoková situace. Zcela výjimečná byla extremita příčinné srážky, která se ve dnech 12. a 13. 8. blížila 100-letým hodnotám v jednodenních úhrnech. Naštěstí Jizerské hory nebyly zasaženy předcházející srážkovou situací, takže povodí nebyla nasycená. Dne 11. 8. odpovídaly průtoky ve stanicích od 364denní vody (Uhlířská) do 270–300-denním průtokům a následky nebyly tak katastrofální. Kulminační průtoky přesáhly dobu opakování 20 let pouze na povodí Jizerka. Na povodí Uhlířské spadlo nejmenší množství srážek z experimentálních povodí, úhrnem 226 mm za dobu trvání povodně od 11.–20. 8. Odteklo 127 mm, kulminační průtok dosáhl 3,62 m3 s-1, odpovídající 2-leté vodě (Kulasová, 2004). Vyhodnocení povodně ze srpna 2002 prokázalo opodstatnění komplexního monitoringu experimentálních povodí, neboť z vypočtených odtokových výšek vyplynuly na jednotlivých povodích velké rozdíly odtokových ztrát (20–157 mm), jejichž příčiny je třeba rozborem dalších průtokových epizod vyjasnit. 177


Uhlířská 1982 - 2004 -1 -1 -1 Výskyt průtoků menších než Q300 (17 l.s ), Q330 (13 l.s ) a Q355 (9 l.s ) minimální trvání deficitního období 3 dny 180 160

počet dní v roce

140 120

100

80

60 40 20

2004

2002

2000

1998

1996

1994

1992

1990

1988

1986

1984

1982

0

Obr. 16. Výskyt průtoků menších než Q300, Q330, Q355 v letech 1982 až 2004. Fig. 16. Days of occurence of discharges smaller than Q300 , Q330, Q355 in years 1982 – 2004.

15 10

srážka na povodí

21.08.02

20.08 .02

19.08 .0 2

18 .08.02

17.08.02

16.08.02

15.08.02

14.08 .02

13.08 .0 2

5

hodinový úhrn sráže (mm)

20

12 .08.02

den

25

11.08.02

4,000 3,500 3,000 2,500 2,000 1,500 1,000 0,500 0,000

10.08.02

průtok ( m3.s -1)

SRÁŽKY NA POVODÍ UHLÍŘSKÁ A PRŮTOKY V ZÁVĚROVÉM PROFILU

0

průtok

Obr.17. Průběh povodně v limnigrafické stanici Uhlířská v srpnu 2002. Fig. 17. Course of flood in gauging station Uhlířská in August 2002.

Povodňové vlny z povodně 2002 jsou používány pro ověřování simulací různými hydrologickými modely. Sledování jakosti povrchových vod V Jizerských horách jsou vody přirozeně kyselé (průměrná hodnota pH 5,5–6) a málo mineralizované. Zvýšený spad znečišťujících látek v průběhu 80. let negativně ovlivnil jejich kvalitu. Pro nedostateč178

nou možnost vázání škodlivých látek z kyselých srážek v horské půdě došlo k rozpouštění kovů z hydroxidů. V povrchových vodách se zvýšila jejich kyselost, koncentrace dusičnanů, síranů, těžkých kovů a také aluminia. V následujícím desetiletí se v důsledku zlepšování čistoty ovzduší v Jizerských horách hodnota parametru pH postupně zvýšila. Součástí monitoringu ČHMÚ v experimentálních povodích je i sledování jakosti povrchových vod.


horách se hodnota parametru pH postupně zvyšuje. Nejnižší hodnoty pH byly zjištěny při tání sněhu v roce 1984 a 1985. Zvýšené koncentrace Al, N-NO3- byly naměřeny v době tání sněhu v roce 1982 a 1985. Vyšší koncentrace SO42- jsou pravidelně měřeny v době nižších průtoků. Extrémní hodnoty jsou uvedeny v tab. 7 (Kulasová, 1989– –2004). Výsledky analýz vzorků odebraných při srážkoodtokových situacích (Vilímec, 1996, 1997) dobře vystihují průběh hodnot pH, koncentrací Al, SO42- a N-NO3- v období kulminace průtoků. Hodnota pH klesá se zvyšujícím se průtokem, koncentrace Al a N-NO3- stoupá, zejména v době tání sněhu, kdy odtékají nečistoty akumulované ve sněhu. Maximální hodnoty se proto vyskytly v březnu po kulminaci průtoků. Při letních srážkoodtokových epizodách koncentrace Al se zvyšujícím se průtokem stoupají, ale koncentrace N-NO3- klesají. Minimálních hodnot N-NO3- je dosaženo již před kulminací průtoků. Nízké koncentrace N-NO3- lze pak pozorovat po celou dobu zvýšených průtoků. Teprve při jejich výraznějším poklesu dochází opět k nárůstu koncentrací N-NO3-. V tab. 8 jsou uvedeny maximální hodnoty dosažené při srážkoodtokových situacích. Měření automatickou sondou (Kulasová, 2004, 2005) umožňuje kontinuálně sledovat jakost vody včetně srážkoodtokových epizod. V roce 2004 jich bylo zaznamenáno několik. Tab. 9 uvádí extrémní naměřené hodnoty.

Pro kompletní rozbory vody v závěrových profilech povodí se od roku 1982 uskutečňují měsíční odběry. V roce 1998 došlo z úsporných důvodů k redukci sledovaných lokalit i počtu zkoumaných parametrů. Monitoring byl omezen pouze na povodí Uhlířská a Jezdecká. V roce 1999 byly pro doplnění informací o kvalitě vody ústící do nádrže Josefův Důl obnoveny odběry v povodí Kristiánov a Blatný rybník. V roce 1996 byla z projektu PHARE zakoupena dvě automatická odběrná zařízení, jimiž byly v závěrovém profilu Uhlířská odebírány vzorky povrchové vody ve čtyřhodinovém intervalu při srážkoodtokových situacích a tání sněhu v letech 1996, 1997 a následně v roce 2004, 2005. Od prosince 2003 zajišťuje Výzkumný ústav vodohospodářský T.G.M. kontinuální měření kvality vody ve třech profilech. Automatické měřicí multiparametrické sondy jsou instalovány v závěrovém profilu Uhlířská a Jezdecká a v letním období též v lokalitě Tomšovka na Uhlířské. Sondy průběžně sledují teplotu vody, pH, koncentrace N-NO3-, chloridy, vodivost a redox potenciál (ORP). K doplnění informací o dalších parametrech započal na jaře 2004 VÚV T.G.M. na Uhlířské a Jezdecké s pravidelnými týdenními odběry vod. Všechny tyto aktivity včetně analýzy vzorků jsou předmětem plnění projektu Labe IV. (Blažková, 2003–2005). Informace z měsíčních odběrů jsou spíše informativní, protože odběry byly a jsou uskutečňovány náhodně, převážně při nízkých nebo průměrných průtocích a nepostihují významné koncentrační změny při zvýšených průtocích. Z výsledků analýz vyplývá, že se zlepšováním situace v Jizerských

T a b u l k a 7. Extrémní hodnoty z měsíčních odběrů povrchových vod. T a b l e 7. Extreme values from monthly surface water samples. Ukazatele

pH

Mezní hodnoty pro pitnou vodu podle ČSN 757111

NO3-N-

SO4--

Al

(mg l-1)

(mg l-1)

(mg l-1)

250

0,20

pH

11,3 ´6,5–9,5

NO3-N-

SO4--

Al

(mg l-1)

(mg l-1)

(mg l-1)

250

0,20

11,3

doporučená 3,4

´6,5–9,5

doporučená 3,4

období 1982–1993 UHLÍŘSKÁ

11.5.1985 3,5 17.6.1985 3,5

období 1994–2005

18.5.1982

4,29

11.9.1990

32,00 9.4.1984 3,82

7.9.1998

3,7

23.1.1996

1,06

27.2.1996

1,06

15.9.2003 29,10

7.9.1998

1,17

BLATNÝ RYBNÍK

11.5.1985 3,7

18.5.1982

4,06

11.9.1990

28,50 9.4.1984 2,89

24.4.1994 4,4

9.2.1994

1,80 14.2.1995 24,50

21.4.1998

1,06

KRISTIÁNOV

11.5.1985 3,5 17.6.1985 3,5

18.5.1982

4,29

13.4.1994

34,00 9.4.1984 4,45

13.7.1998 3,7

13.4.1994

2,60 13.4.1994 34,00

21.4.1998

1,05

JEZDECKÁ

11.5.1985 3,6

18.5.1982

3,80

19.10.1993

29,00 9.4.1984 2,44

13.7.1998 3,8

13.4.1994

5,20

9.3.1995

18,50

13.7.1998

0,77

1,50 10.8.1994 23,50 1,50

24.4.1995

0,75

JIZERKA ČERNÁ SMĚDÁ BÍLÁ SMĚDÁ

3,0

18.5.1982

4,29

11.9.1990

21,00 7.4.1984 1,84

3.3.1997 3,6 10.8.1994 13.7.1998 3,6 11.10.1994

7.5.1984

3,3

29.6.1982 21.10.1982

3,61 3,61

11.9.1990

27,00 9.4.1984 2,24

5.11.1996 4,0

24.1.1996

1,60 20.5.1997 25,80

24.4.1995

0,85

7.5.1984

3,4

19.7.1982

4,29

13.11.1990

30,00 9.4.1984 3,10

3.3.1997

24.1.1996

1,40

13.12.1994

1,10

7.5.1984

11.5.1985 3,4

3,4

1.4.1996

18,00

179

A. Kulasová, J. Pobříslová, J. Jirák, R. Hancvencl, L. Bubeníčková, Š. Bercha T a b u l k a 8. Extrémní hodnoty dosažené při zvýšených odtokových epizodách. T a b l e 8. Extreme values reached during increased run-off episodes. N-NO3[mg l-1] 16. 3. 1997 1. 5. 1997 18. 7. 1997 11. 6. 1998 29. 3. 2004 5. 11. 2004

pH 16. 3. 1997 1. 5. 1997 20. 7. 1997 13. 6. 1998 4. 4. 2004 18. 11. 2004

4,2 4,0 3,9 4,2 3,9 4,4

4,60 4,01 2,59 2,89 0,80 0,60

SO4-[mg l-1] 13. 3. 1997 28. 4. 1997 18. 7. 1997 15. 6. 1998 29. 3. 2004 5. 11. 2004

Al [mg l-1] 16. 3. 1997 1. 5. 1997 21. 7. 1997 13. 6. 1998 2. 4. 2004 17. 11. 2004

15,00 15,00 12,60 15,20 17,70 14,20

1,05 0,84 0,81 1,05 0,84 1,51

T a b u l k a 9. Extrémní hodnoty naměřené automatickou monitorovací sondou v roce 2004. T a b l e 9. Extreme values measured by automatic monitoring probe in the year 2004. Povodí Uhlířská – tok Černá Nisa průtok den, hodina pH N-NO3- [mg l-1] [m3 s-1] 17. 11. 2004 20:00 0,898 4,14 0,41 17. 11. 04 18:40–23:30 0,68–0,844 4,13 0,35–0,51 21. 3. 2004 15:50 0,481 4,23 6,74

Povodí Jezdecká – tok Černá Desná průtok den, hodina pH N-NO3- [mg l-1] [m3 s-1] 17.11.2004 20:40 4,25 0,01 3,028 17.11.2004 21:20 2,670 0,22 4,23 18.5.2004 11:30 0,140 5,7 12,62

POVODÍ JEZDECKÁ - LISTOPAD 2004

POVODÍ UHLÍŘSKÁ - LISTOPAD 2004 1000

600 500

3,0

400

2,0

300 200

1,0

700

4,0

600 500

3,0

400

2,0

300 200 100 0 29.11.20 04

průtok

28 .1 1.2 004

26.11.2004

24.11.2004

22.11.2004

DATUM

20.11 .20 04

1 9.1 1.2004

17.11.2004

15.11.200 4

13 .11 .2 004

1 1.11.2004

10.11.2004

8.11.200 4

6.11.2004

4.11.20 04

Al

2 .1 1.2004

1.11.2004

2 9.1 1.2004

28.11.2004

26 .11 .2 004

2 4.11.2004

22.11.2004

20.11.200 4

19.11.2004

17.11.2004

15.11.20 04

13 .1 1.2 004

11.11.200 4

10.11 .20 04

8 .11 .2 004

6.11.2004

4.11.20 04

2 .1 1.2 004

1.11.2004

pH

800

5,0

0,0

0

průtok

900

1,0

100

0,0

průtok (m3.s-1), pH

4,0

Al µ/l

průtok (m3 .s-1), pH

700

1000

6,0

800

5,0

DATUM

7,0

900

6,0

Al µ/l

7,0

pH

Al

Obr. 18. Průběh průtoků, pH a Al na měrném profilu Uhlířská a Jezdecká v listopadu 2004. Fig. 18. Course of discharges, pH and Al in measuring profile Uhlířská and Jezdecká in November 2004.

Při zvýšených stavech vody z přívalových dešťů a smíšených srážek v listopadu 2004 zaznamenala měřící sonda hodnoty sledovaných parametrů na Uhlířské a Jezdecké. V tutéž dobu byly uskutečněny i týdenní odběry. Na obr. 18 je vykreslen průběh průtoků a pH zároveň s koncentracemi Al, získanými při týdenních odběrech . Měsíční odběry nepostihly koncentrace látek při vétších průtocích. Nejsme tedy schopni bez modelového přístupu stanovit jejich odnoty, zejména v době nejvyššího spadu znečištujících látek. Vzhledem k možnostem kontinuálního sledování kvality vody teprve v současných letech nemáme doposud naměřenou delší řadu sledovaných para180

metrů. Nevýhodou automatické sondy je jejich malý počet (není možno sledovat např. obsah některých významných ukazatelů jako jsou Al a SO42-) a nutnost časté rekalibrace pro zajištění přesnosti měření. Určitým řešením získání informací o průběhu koncentrací většího množství parametrů je uskutečňování odběrů při zvýšených vodních stavech. Rozbory vzorků jsou však drahé a jejich počet je limitován finančními možnostmi. Závěry Cílem výzkumu a vší činnosti v experimentálních povodích ČHMÚ v Jizerských horách v uply-


nulých 20 letech bylo objasnit účinky odlesnění na srážkoodtokovou bilanci v této oblasti. Významné změny stanovených hydrologických charakteristik nebyly prokázány. Nejdůležitějším faktorem ovlivňujícím odtok jsou v Jizerských horách srážky a působení dalších faktorů je často ve svém účinku protichůdné. Např. snížení výparu z lesních porostů bylo kompenzováno zvýšením výparu z holin vlivem zatravnění. Ve vzniklých výmolech se zadržovala srážková voda a docházelo tak k retardaci odtoků oproti urychlení odtoků ze svahů, které bylo způsobeno změnou vegetačního porostu a vzniklými preferenčními cestami. Oproti dříve zcela zalesněnému povodí docházelo k tání sněhové pokrývky na mýtinách dříve a vlivem výparu se zde výška sněhu a jeho vodní hodnota snižovala. V době, kdy sníh z holin již odtál, v lese byly ještě akumulovány zásoby vody, které jsou uvolňovány později a tím je odtok z tání rozložen do delšího období. V současné době však i svahy pozvolna zarůstají novými porosty. Cca 60 % plochy experimentální základny pokrývá mladý porost do věku 10 až 20 let. Zmenšuje se počet mýtin a v zimním období je již sněhová pokrývka chráněna porostem a tání sněhu je pozvolnější než v období po odlesnění. Postupně se zlepšila i jakost odtékajících vod, i když jejich kyselost, obsah aluminia a nitrátů i nadále překračuje limity stanovené pro vody k vodárenskému využívání. Vzhledem k tomu, že malé rozměry experimentálních povodí umožňují získávání detailních poznatků o vlivech měnícího se prostředí na kvantitativní a kvalitativní charakter hydrologického cyklu a zároveň i testování nových hydrologických technologií, byla postupně navázána spolupráce s dalšími organizacemi, které v některých povodích instalovaly svá měřicí zařízení a uskutečňují zde svůj badatelský výzkum. Jmenované organizace se zároveň podílejí na výzkumných programech ČHMÚ (Bubeníčková, 1994–1996) a naopak ČHMÚ spolupracuje na řešení jejich úkolů (Blažková, 1996–1998, 2003–2006). Údaje se využívají též v praktické činnosti lesníků a vodohospodářů, v operativní hydrologii i aplikovaném hydrologickém výzkumu, neboť mikroanalýzou odtokových složek na malých povodích je možno odvozovat a ověřovat parametry, které nelze získat ze státních pozorovacích sítí. Výsledky byly využity pro aplikaci hydrologických modelů na povodí Uhlířská a Jezdecká. Na řešení provozních úkolů, spojených s projektem PHARE a dalších programů spolupracovali i četní zahraniční partneři. Povodí Uhlířská a Jezdec-

ká jsou součástí souboru povodí ERB (European Representative and Experimental Basins – Evropská reprezentativní a experimentální povodí) a naměřená data jsou zájemcům k dispozici. V současnosti je činnost v experimentálních povodích součástí projektu Labe IV (Blažková, 2003– –2006). V závěrečné části projektu bude zpracován návrh na optimalizaci monitorování pro účely hydrologických a hydrochemických modelů. LITERATURA BUBENÍČKOVÁ L. a kol., 1980: Státní výzkumný úkol C-163331-111, DÚ O6 Vodní bilance, tvorba a ovlivňování odtoku, etapa 06, Pravděpodobná maximální srážka. Závěrečná zpráva, ČHMÚ, Praha. BUBENÍČKOVÁ L. a kol., 1981–1984: Podnikový výzkumný úkol 150, Změny odtokového režimu Jizerských hor vlivem devastace lesních porostů způsobené škodlivými exhalacemi. Závěrečná zpráva. ČHMÚ, Praha. BUBENÍČKOVÁ L. a kol., 1994–1996: Program péče o životní prostředí MŽP ČR Projekt Ga/1533/94 Hydrologický a ekologický výzkum v experimentálních povodích Jizerských hor. Národní účast v projektu FRIEND UNESCO. ČHMÚ, Praha, BUBENÍČKOVÁ L. a kol., 2003: Flood precipitation analysis in the Jizerské Mountains. In: NE FRIEND Project 5, ERB. Proceedings of Workshop on Mountain Hydrology, Bucharest, 26. September 2003. BLAŽKOVÁ Š. a kol., 1996–1998: Program vědy a výzkumu MŽP ČR VaV 510/3/96 Ekologické aspekty ochrany vodního hospodářství, DÚ 01 Výzkum transportních procesů v povodí dotčeném náhlými změnami odtokových poměrů (Jizerské hory). VÚV T.G.M., Praha. BLAŽKOVÁ Š. a kol., 2003–2006: Program vědy a výzkumu MŽP ČR VaV/650/5/03 Labe IV, DÚ 06 Teorie modelování a monitorování. VÚV T.G.M., Praha. CHAMAS V. a kol., 1979: Návrh experimentálního hydrologického pozorování v Jizerských horách. Úvodní studie, ČHMÚ Praha, P-Ústí nad Labem. JIRÁK J., 2005: Měření výšky a vodní hodnoty sněhu v Jizerských horách. Sborník semináře Stretnutie snehárov 2005, Liptovský Mikuláš, 2005, str. 17–19. KULASOVÁ A. a kol., 2003: Vyhodnocení katastrofální povodně v srpnu 2002. Projekt MŽP ČR 2. etapa. Workshop Extrémní hydrologické jevy v povodích, Praha. KULASOVÁ A. a kol., 1994–2005: Hydrologické ročenky ČHMÚ OEX. Experimentální povodí Jizerské hory, 1989 až 2004. ČHMÚ, Jablonec nad Nisou. KULASOVÁ A., 2005: Průběh zim v Jizerských horách podle údajů ze stanice Bedřichov. Sborník semináře Stretnutie snehárov 2005, Liptovský Mikuláš, str. 21–23. KULASOVÁ A. a kol., 2005: Comparison of monitoring results of selected water quality indicators in Uhlířská basin in 1982–2004. Sborník konference Acid Rain, ČHMÚ, ČGS, Praha. KULASOVÁ A. a kol., 2005: Sledování jakosti vody v experimentálních povodích Uhlířská a Jezdecká. Sborník semináře Hydrologie malého povodí, Praha, str. 187–194.

181

A. Kulasová, J. Pobříslová, J. Jirák, R. Hancvencl, L. Bubeníčková, Š. Bercha Projekt PHARE CS 9002/22.6-WAT 28 (Program monitorování jakosti vody, dílčí část Jizerské hory), MŽP ČR, ČHMÚ, VÚV T.G.M, Praha, 1994–1997. STEHLÍK J. a kol., 2003: Differences between the snow water equivalent in the forest and open areas in the Jizera Mountains, Czech Republic. In: Interdisciplinary approaches in small catchment hydrology: Monitoring and research. Proceedings of the 9th ERB Conference (Demänovská dolina, Slovakia, 15–28 September 2002). IHP-VI Technical Documents in Hydrology, No. 67, UNESCO, Paris. VILÍMEC J. a kol., 1997: Rozbor jakosti vody v toku zachycující srážkoodtokové epizody. Výzkumná zpráva VaV/510/3/97, VÚV T.G.M, Praha. VILÍMEC J. a kol., 1998: Výzkum transportních procesů v povodí dotčeném náhlými změnami odtokových poměrů Jizerských hor – rozbory jakosti vody. Výzkumná zpráva VaV/510/3/98, VÚV T.G.M, Praha. Došlo 21. decembra 2005 Štúdia prijatá 16. februára 2006

EXPERIMENTAL HYDROLOGICAL BASE IN THE JIZERA MOUNTAINS Alena Kulasová, Jana Pobříslová, Jan Jirák, Rudolf Hancvencl, Libuše Bubeníčková, Šimon Bercha The aim of research and works done in the experimental basins was to find out the effect of deforestation on the precipitation-runoff balance. The article contains a short review of studies performed in this field. The information about basins, monitoring net and measured parameters is given in Figs 1 – 2 and Tabs 1 – 3. In the period 1982 – 2004 the trend of annual mean temperature was increasing (Fig. 3). The differences in temperature values between climatological stations and values measured in the watersheds were determined. The annual precipitation totals at station, Souš are usually higher than in station Bedřichov due to bigger values in winter (Fig. 4), their trend in 1982–2004 is increasing. The values of data measured in basins in vegetation season are in some localities bigger than in climatological stations (Fig. 5). The maximum one-day and two-days precipitation from the period 1982 – 2004 is stated in Tab. 4. In Fig. 6 and 6a) are maps of precipitations in 12. – 13. 8. 2002. In studies concerning yearly winter periods from 1900 – 2004 the trend of mild and strong winter occurrence

182

was not possible to find. Even though the snow depth in the period 1982–2005 is smaller than in antecedent years, in some winters there is a lot of snow, too (Figs 7 – 8, Tabs 5 – 6). Snow in basins is measured in profiles, some of them situated in forest and clearing of the same locality. In Fig. 9 the course of snow depth and its water value in two localities are compared. During the time of accumulation the snow depth is bigger on both the clearings than in forest, while in the time of thaw more snow is preserved in old dense forest when the clearings and young forest are already snow empty. Figs 10 – 15 give an overview of discharges in the station Uhlířská. The significant change in run-off was not proved. The flow variation is dependent mainly on precipitation. Fig. 16 expresses the number of days with run-off occurrences smaller then Q300, Q355 and Q330. Fig. 17 shows course of hourly precipitation and discharges during the flood in August 2002 in the gauging station Uhlířská. The water quality is assessed from water samples taken once a month from 1982, from 2004 once a week in Uhlířská and Jezdecká. The extreme values are stated in Tab. 7. The course of some water quality parameters was monitored in precipitation-run-off events and thaw at Uhlířská in 1996, 1997, 2004 and 2005. With increasing run-off values of pH decrease, Al increases, N-NO3increase too, but only in time of thaw. It decreases in precipitation-run-off events. Extreme values are in Tab. 8. The extreme values of measurements in 2004 by multiparametric monitoring probe are in Tab. 9, the comparison of discharges, pH and Al in profiles Uhlířská and Jezdecká in November 2004 in Fig. 18. The water quality is improving with improving environment. The monitoring does not give enough information to state the water quality in time of the highest atmospheric deposition without further modelling. The data and results are used in hydrological research done in cooperation with other institutions, mainly for testing of input parameters to hydrological and hydrochemical model applied of the experimental basins Uhlířská and Jezdecká. Also they are used for the water management and forestry practices. Catchments Uhlířská and Jezdecká were incorporated into the ERB (European Representative and Experimental Basins) system, and the measured data are being utilised by international partners.

EXPERIMENTÁLNÍ HYDROLOGICKÁ ZÁKLADNA JIZERSKÉ HORY

Recommend Documents