Problematika výpočtu základního odtoku v Jihočeských pánvích Eva Novotná ČHMÚ , oddělení podzemních vod, Na Šabatce 17, Praha
[email protected], tel. 244032350 Abstrakt : Referát seznamuje s problematikou výpočtu základního odtoku v Jihočeských pánví. Problém měření průtoků povrchových toků, poloha stanic na tocích , vliv přehrad a umělých vodních děl. Klíčová slova: základní odtok,bilance V roce 2004 ČHMÚ přistoupilo k výpočtu základního odtoku i z Jihočeských pánví, které do té doby nebyly bilancované. To souvisí s platností zákona č.254 ( vodní zákon ) Sbírky z roku 2001, kde se ukládá v §22 sestavovat hydrologickou bilanci v povodích povrchových toků a hydrogeologických rajonech a předat ji podnikům Povodí k sestavení vodohospodářské bilance. Jeden ze základních prvků hydrologické bilance je velikost základního odtoku z daného povodí a z hydrogeologického rajonu. Výběr metody výpočtu základního odtoku závisí na datech, které jsou k dispozici ,a na vlastnosti dané hydrogeologické struktury. ČHMÚ používá dvě základní skupiny metod, a to hydrologické a hydraulické modelování a metodu analogie, která porovnává režim podzemních vod v síti ústavu s celkovým odtokem z povodí. Nejčastěji se používá metoda Kliner-Kněžek, jejíž základní princip je vyhledávání ke zjištěným stavům hladin podzemních vod nejmenší celkový odtok.Tato metoda vychází z předpokladu, že při postupném odtoku z povodí se nejdříve vyčerpá povrchový odtok a poté je odtok z povodí tvořen pouze složkou podzemních vod. Výchozí předpoklad této metody je , že odtok z území je přirozený , stejně jako režim podzemních vod. Při výpočtech základního odtoku v Jihočeských pánvích se však objevilo mnoho problémů, které mají vliv na spolehlivost výpočtů v jednotlivých hydrogeologických rajonech.
1. Budějovická pánev Základní otázkou při výpočtu základního odtoku v tomto rajonu bylo najít vhodnou vodoměrnou stanici.Tímto rajonem protékají řeky Malše a Vltava, dále několik větších potoků. ČHMÚ pobočka České Budějovice měří průtoky na řekách Malše v profilu Roudné (DTB1150) a na řece Vltavě v profilu Březí ( DTB1110 ) a České Budějovice ( DTB1151). Ani jeden z těchto profilů nebylo možné použít, neboť průtoky na těchto profilech jsou ovlivněny vypouštěním vod z přehrad Římov a Lipno. Pro metodu Kliner –Kněžek jsou určující minimální průtoky, které jsou tímto značně ovlivněné. To představuje velkou škodu, protože zvláště stanice České Budějovice by byla ideální , neboť se nachází v drenážní oblasti Budějovické pánve. Z důvodů nemožnosti použít hlavní vodoteče pánve, byla vybrána pro výpočet základního odtoku za rok 2003 účelová stanice na Bezdrevském potoce Lékařova Lhota, která se soustavně sleduje od roku 1989. Bezdrevský potok protéká v severní části Budějovické pánvi od východu k západu a vlévá se do Vltavy u Bavorovic, jeho velikost povodí je 123 km2. Průtoky na tomto profilu jsou ovlivněny vypouštěním nebo naopak napouštěním řady rybníků, které se zde nacházejí . Což se projevuje zvláště v podzimních měsících, kdy dochází k navýšení průtoků a dochází tím k ovlivnění výše základního odtoku. Přesto byly průtoky na této stanici v loňském roce použity. Průměrná hodnota základního odtoku za rok 2003 byla 0,457 m3.s –1 a za rok 2004 0,529 m3.s –1 ( přepočteno na plochu pánve ). Při pohledu na grafy průběhů průtoků je patrný velký rozdíl v minimálních průtocích. V hydrologickém roce 2003 byl minimální průtok 0,024 m3.s-1 , ale v roce 2004 byl minimální průtok pouze 0,003 m3.s-1 . Hodnoty 0,003 m3.s-1 spíše ukazují na chybu při vyhodnocení průtoků.
Obrázek č.1 Průběh odtoku na Bezdrevském potoce ve stanici Lékařova Lhota v hydrologickém roce 2003 Bezdrevský potok 6.0 5.0 m3/s
4.0 3.0 2.0 1.0 31.10.03
17.10.03
3.10.03
19.9.03
5.9.03
22.8.03
8.8.03
25.7.03
11.7.03
27.6.03
13.6.03
30.5.03
2.5.03
16.5.03
18.4.03
4.4.03
21.3.03
7.3.03
21.2.03
7.2.03
24.1.03
10.1.03
27.12.02
13.12.02
29.11.02
15.11.02
1.11.02
0.0
hydrologický rok 2003
Obrázek č.2 Detail průběhu minimálních průtoků za stejné období Bezdrevský potok 0.3 0.3
m3/s
0.2 0.2 0.1 0.1
1.10.03
1.9.03
1.8.03
1.7.03
1.6.03
1.5.03
1.4.03
1.3.03
1.2.03
1.1.03
1.12.02
1.11.02
0.0
hydrologický rok 2003
Obrázek č.3 Průběh odtoku na Bezdrevském potoce ve stanici Lékařova Lhota v hyrologickém roce 2004
hydrologický rok 2004
1.10.04
1.9.04
1.8.04
1.7.04
1.6.04
1.5.04
1.4.04
1.3.04
1.2.04
1.1.04
1.12.03
10.0 9.0 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 1.11.03
m3/s
Bezdrevský potok
Obrázek č.4 Detail průběhu minimálních průtoků za stejné období Bezdrevský potok 0.3 0.3
m3/s
0.2 0.2 0.1 0.1 30.10.04
16.10.04
2.10.04
18.9.04
4.9.04
21.8.04
7.8.04
24.7.04
10.7.04
26.6.04
12.6.04
29.5.04
15.5.04
1.5.04
17.4.04
3.4.04
20.3.04
6.3.04
7.2.04
21.2.04
24.1.04
10.1.04
27.12.03
13.12.03
29.11.03
15.11.03
1.11.03
0.0
hydrologický rok 2004
Další problém bylo vybrání reprezentativního objektu podzemních vod. Mělké kvartérní vrty se nachází v blízkosti řek Malše a Vltavy a jejich hladina je ovlivněna průtoky na těchto řekách. Hlubinná síť v Budějovické pánvi je málo reprezentativní a objekty sledované ČHMÚ jsou ovlivněné čerpáním v pánvi. Po vyhodnocení všech aspektů byl vybrán vrt hlubinný s otevřeným horním úsekem vystrojení VP7616 Dasný HP-IX, který se nachází v drenážní oblasti pánve.Tento výběr se z hlediska perspektivy použití pro následující roky nezdál šťastný, neboť většími čerpacími zkouškami, které byly v letošním roce zvláště v oblasti Hrdějovic, kde se očekává v budoucích letech velké jímání, dochází k výraznému ovlivnění hladiny na tomto vrtu. Pro výpočet základního odtoku za rok 2004 byl použit vrt VP7614 Pištín , který se nachází při východním okraji pánve a jako hodnoty povrchového odtoku bylo použito mezipovodí ohraničené stanicemi České Budějovice, Roudné a Březí. Použití průtoků na mezipovodí bývá problém, neboť v denním kroku dosahují někdy data záporných hodnot. Přesto se domníváme, že došlo ke zpřesnění výsledků. Pro srovnání průměrná hodnota základního odtoku za rok 2003 byla 0,457 m3.s –1 a za rok 2004 0,529 m3.s –1 ( přepočteno na plochu pánve ). Ukázalo se , že výsledky jsou přesnější , a proto se do budoucna počítá s výpočtem základního odtoku pro Budějovickou pánev použitím tohoto mezipovodí . Z těchto důvodů bude sestaven i hydrologický model. Kriteriem hodnocení vodních zdrojů ve struktuře je pro podniky povodí, porovnání maximálních odběrů podzemní vody s minimálními zdroji podzemních vod ( minimální měsíční hodnota základního odtoku ). Tento poměr MAX/MIN byl pro Budějovickou pánev v roce 2003 větší něž 0.5. Do budoucna a s ohledem na novou rajonizace se v tomto rajonu jeví jako jediná správná metoda výpočtu základní odtok hydraulický model, který by měl ukázat odpovídají velikost základního odtoku. Takovýto model, ale ústav nemá v současné době k dispozici a jeho vytvoření bude záviset na rychlosti vybudování nové sítě v rámci projektu ISPA.
2. Třeboňská pánev – sever Také v tomto hydrogeologickém rajonu se při sestavování základního odtoku ukázal jako největší problém výběr adekvátní limnigrafické stanice. ČHMÚ v tomto rajonu nemá žádnou použitelnou lmg stanici, a proto byla použita stanice VAK JČ na Bechyňském potoce v profilu V12 Veselí nad Lužnicí. Bechyňský potok protéká pánví od SV k JV a ve Veselí nad Lužnicí se vlévá do Lužnice, velikost povodí je 122,5 km2.Do tohoto potoka se jižně od Borkovic vlévá Blatská stoka, která protéká Mažickými a Borkovickými blaty. V oblasti Borkovic se nachází hlavní regionální drenážní oblast, kde se odvodňují oba hlavní proudy podzemního odtoku, proud směřující z jihu s počátkem
v oblasti ševětínského granodioritu a proud od SZ začínající v oblasti Černické obory u Sudoměřic. Proto se výběr této stanice jeví jako optimální, ale bohužel průtoky v tomto potoce jsou ovlivněny faktorem, který má určující vliv na průtoky, zejména minimální. V období vegetace dochází k zarůstání potoka, a tím k navyšování stavů a průtoků. Ukazují se zde problémy se správným vyčíslováním konsumčních křivek. Tím dochází k navyšování i snižováním průtoku, což se projevuje zvláště v letních měsících, kdy rozdíl mezi převedeným průtokem a skutečně naměřeným činil od 40 do 240 l.s –1 . To má zásadní vliv na výpočet základního odtoku pro tento rajon. Obrázek č.5 Průběh odtoku na Bechyňském potoce ve V-12 v hydrologickém roce 2004
6.0
4.0
4.0
2.0
2.0
0.0
0.0
kontrolní ČHMÚ
1.9.2004
1.10.2004
6.0
1.8.2004
8.0
1.7.2004
8.0
1.6.2004
10.0
1.5.2004
10.0
1.4.2004
12.0
1.3.2004
14.0
12.0
1.2.2004
14.0
1.1.2004
16.0
1.12.2003
16.0
1.11.2003
m3/s
Bechyňský potok
VAK JČ
Obrázek č.6 Detailní průběh rozdílů odtoku na Bechyňském potoce ve V-12 v hydrologickém
roce
2004 Bechyňský potok 600.0 500.0
l/s
400.0 300.0 200.0 100.0
VAK JČ
1.10.2004
1.9.2004
1.8.2004
1.7.2004
1.6.2004
1.5.2004
1.4.2004
1.3.2004
1.2.2004
1.1.2004
1.12.2003
1.11.2003
0.0
kontrolní ČHMÚ
Proto je třeba určit nové měrné křivky a provést přepočty průtoků v celém období sledování tohoto profilu a sestavit hydrologický model, jeho výstupy porovnat s výstupy z hydraulického modelu, který má oddělení podzemních vod k dispozici. To by mělo vést k přesnějším výsledkům základního odtoku.
3. Třeboňská pánev – jih V Třeboňské pánvi jih lze rozlišit z hlediska oběhu podzemní vody mělký a hlubší oběh podzemní vody. Mělký oběh probíhá ve svrchních partiích pánevní výplně a směřuje od míst infiltrace a od míst přítoků z krystalinika na okraji pánve do lokálních drenážních bází ( povrchové vodoteče). Hlubší regionální oběh směřuje do drenážních bází, které podle dosavadních představ reprezentují kvartérní sedimenty Lužnice a rašeliny u Třeboně. Na základě těchto hydrogeologických vlastností byl výběr limnigrafické stanice a objektu podzemních vod velmi obtížný. Hydrologická situace v tomto rajonu je velmi složitá, neboť vybudováním umělých vodních děl a převádění vod z jednoho povodí do druhého je pro bilancování daného rajonu velmi složité. Byla proto vybrána účelová limnigrafická stanice na řece Stropnici St30 Borovany, která se nachází v západní okraji stropnického příkopu. Řeka Stropnice představuje lokální drenážní oblast stropnického příkopu a profil Borovany by byl pro výpočet ideální, kdyby jeho vyčíslené průtoky nebyly zatíženy chybou.Tento profil byl do roku 1997 měřen a vyhodnocován společností VAK JČ, v letech 1998 a 1999 byla měření přerušena a od roku 2000 měří a vyhodnocuje průtoky Povodí Vltavy v novém přemístěném profilu. Při porovnávání vzájemné relace průtoků vyčíslených ve stanici Borovany a Pašínovice ( lmg stanice ČHMÚ, závěrečný profil povodí ) je zřejmé , že i přes možnou existenci příronových a ztrátových úseků nejsou vyhodnoceny průtoky ve vzájemném souladu z hlediska relace mezi velikostí průtoku a lokalizací vodoměrného profilu. Proto provádí firma Progeo s.r.o. přepočet průtoků této stanice v souladu s lmg stanicí Pašínovice. Na základě takto přepočítaných dat se vypočítává základní odtok z dané oblasti. V roce 2004 nebyla data z této stanice k dispozici, a proto byl vybrán součet průtoků tří stanic 1200 Pilař – Majdaléna (Zlatá stoka), 1220 Kazdovna ( Stará řeka – Lužnice ) a 1280 Mláka – Novosedly ( Nová řeka) , k takto uměle vytvořené „stanici“ byl na základě korelačních vztahů mezi průtokem a výškou hladiny podzemních vod vybrán objekt podzemní vody, a to vrt VP1004 Hamr, tím bylo možno vypočítat základní odtok v povodí Lužnice. Vypočítán byl na základě vztahů mezi průtoky na Stropnici mezi stanicemi v Pašínovicích a Borovanech , a tak bylo možno vypočítat základní odtok v povodí Stropnice. Součet obou základních odtoků dal zpřesňující hodnotu odtoku podzemní vody z Třeboňské pánve jih. V roce 2003 byl průměrný základní odtok 1,086 m3.s –1 , tak v roce 2004 byl 1,736 m3.s –1 ( přepočteno na celou plochu pánve ). Použití metody Kliner-Kněžek v tomto rajonu se jeví jako velmi omezující a určující a správnější budou výstupy z hydraulického modelu. Také na tento rajon je hydraulický model na oddělení k dispozici.
Závěr Výsledky základního odtoku z Jihočeských pánví závisí na kvalitě a kvantitě dat, které jsou k dispozici. Základní problém je lokalizace vodoměrné stanice, její vhodnost a správné měření a vyčíslování průtoků. Tento problém se jeví jako zásadní a bez vzájemné spolupráce Povodí Vltavy, ČHMÚ a podniku VAK JČ ke zpřesnění výše základního odtoku nedojde. K tomu by měla přispět i celková rekonstrukce mělké a hlubinné sítě vrtů v rámci projektu ISPA. Závěrem lze říci, že pro pánevní struktury se pro výpočet základního odtoku jeví jako jediná správná metoda kombinace hydrologického a hydraulického modelování. Hydraulický model používá ČHMÚ model modflow a v současné době je sestaven a nakalibrován i pro Třeboňskou pánev jih a sever.
