RNDr. Josef V. Datel, Ph.D. Ing. Ladislav Kašpárek, CSc. Ing. Adam Vizina, Ph.D.
Retence, ale jaká? Rozdílnost velikosti a funkce složek retence vody v krajině
Co je to retence vody v krajině • Přirozené nebo umělé dočasné zadržení vody v krajině • Důležitý faktor pro zachycení srážek a transformaci průtokových, zvláště povodňových vln • Důsledky lepší retence vody v krajině: – – – – – – –
Zmenšení okamžitých povodňových průtoků Prodloužení doby trvání zvýšených a průměrných průtoků Vyšší infiltrace do podzemních vod Snížení eroze půdy a splachů chem. látek Zlepšení jakosti vod Lepší zabezpečenost zdrojů povrchové i podzemní vody Ochrana vodních a na vodu vázaných ekosystémů
Proč potřebujeme vyšší retenci vody v krajině? - ANTROPOGENNÍ VLIVY • Zásahy do vodního režimu ovlivňující odtok vody z území – Zemědělské hospodaření a odvodnění pozemků (zemědělských, lesních, sídlištních, průmyslových) – Regulace toků, nevhodně navržená protipovodňová opatření – Vliv urbánního využití území (nepropustné povrchy, stavby s odvodem střešních vod atd.) Retence vody v krajině by měla snižovat tyto negativní antropogenní vlivy. Součástí komplexních opatření by měla být i taková opatření ve využívání území, která by přímo bránila zrychlenému odtoku vody z území, aby nebylo nutné (v ideálním případě) řešit tyto negativní účinky až ex post.
Proč potřebujeme vyšší retenci vody v krajině? – KLIMATICKÁ ZMĚNA • Probíhající klimatické změny – I když není očekávána významnější změna v celkovém úhrnu srážek, dochází k jejich přerozdělení v průběhu roku – Očekávaný růst teplot podstatně zvýší evapotranspiraci a tedy omezí odtok a dotaci do půdních a podzemních vod – Vyšší rizika delších suchých období v létě – Nižší množství pevných srážek (sněhu v zimě) – zásadní dopad na množství povrchových a podzemních vod – Vyšší výskyt klasických povodňových stavů a bleskových povodní Nejrůznější formy retence vody v krajině jsou nedílnou součástí adaptačních opatření na omezení negativních účinků vlivů klimatické změny
Zásoba vody v půdě (dlouhodobý průměr 1981-2010)
Zásoba vody v půdě simulace 2021-2050 a 2071-2100
Zásoba vody v půdě - změna v mm/rok simulace 2021-2050 a 2071-2100
Zásoba vody v půdě v létě – změna v mm/rok simulace 2021-2050 a 2071-2100
Zásoba vody v půdě – změna podle ročních období – simulace 2021-2050
Zásoba vody ve sněhu dlouhodobý průměr 1981-2010 a simulace 2021-2050 a 2071-2100
Přirozená x umělá retence • Přirozená retence – každé vybřežení povrchového toku znamená přirozené dočasné zadržení vody v krajině • Geodynamické jevy spojené s proudící vodou zpomalují odtok vody z krajiny (meandrování toků, vznik slepých a mrtvých ramen, močálů a mokřadů, přirozené bariéry a vzdutí na tocích vlivem sesuvů, skalních řícení, napadaných kmenů apod. V kulturní krajině jejich vliv omezen na velkoplošná chráněná území přírody. • Komplexní přirozené lesní biotopy výrazně přispívají k omezování extrémních hydrologických stavů v krajině • Umělá retence – řízené ovlivňování vodního režimu krajiny člověkem
K čemu potřebujeme vyšší retenci vody v krajině? Zásadní otázka, která určí rámec našeho uvažování. Možné odpovědi: 1. Zajistit lepší vláhový režim na zemědělsky obdělávaných pozemcích (riziko sucha, podmáčení, eroze půdy) 2. Zájmy ochrany přírody (vodní a na vodu vázané ekosystémy, komplexní lesní biotopy) 3. Ochrana před povodněmi (ochrana pozemků, majetku, protierozní opatření atd.) 4. Ochrana jakosti útvarů povrchových vod před splachem chemických látek (hnojiva, pesticidy – eutrofizace, optimální potřeba hnojiv aj.) 5. Zájmy vodního hospodářství - zvýšení retence povrchových vod za účelem jejich komplexního užívání (odběry, plavba, koupání, rybářství atd.) 6. Zvýšení zásob podzemních vod (hlavní zdroje kvalitní pitné vody, mnohdy strategického charakteru)
Kde může docházet k retenci vody v krajině? • • • •
Ve vegetačním pokryvu (stromy, rostliny, travní kryt) Na povrchu terénu (kapalná fáze, pevná fáze) V korytě toku a ve vodních nádržích, V okolí vodního toku po jeho vybřežení: – Řízená retence - poldery, záchytné průlehy, příkopy apod. – Neřízená retence – inundační území údolní nivy • V půdním profilu – nasycení volných pórů • V podzemní vodě – zvýšenou infiltrací pod povrch terénu do útvarů podzemních vod
Zásoba vody v krajině v mld m3 40.0 35.0 30.0
miliard m3
25.0 20.0 15.0 10.0 5.0 0.0 srážka
výpar průměrný rok
zásoba v půdě suchý rok
odtok
objem nádrží
Zásoba vody v krajině v % 120 100
% srážky
80 60 40 20 0 srážka
výpar průměrný rok
zásoba v půdě suchý rok
odtok
objem nádrží
Kolik vody potřebujeme v krajině zachytit? Různé možné odpovědi podle hlavního účelu, pro který chceme vodu v krajině zachytit: 1. K nastolení optimálního vodního režimu zemědělských půd 2. K omezení eroze půdy a splachu látek do povrchových toků 3. K udržení dobrého stavu vodních a na vodu vázaných ekosystémů (mokřady, lužní lesy aj.) 4. K omezení extrémních hodnot průtoků na tocích (povodňové stavy, minimální zůstatkové průtoky) 5. K vytvoření dostatečných zásob vody pro období sucha a vysoké spotřeby (povrchové vody, podzemní vody)
Časový aspekt různých druhů retence vody Řádové doby zdržení vody: • Zvýšení objemu vody v tocích – hodiny až dny • Zaplavení údolní nivy – dny až týdny • Vsak do půdy – dny až týdny • Mělké podzemní vody (kvartér, krystalinikum) – měsíce • Vodní nádrže – měsíce až roky • Hlubší pánevní zvodně – roky až desítky let Doba zdržení úzce souvisí i s dlouhodobým až strategickým významem retence do podzemních vod.
Retence vody z pohledu hydrologické bilance • Základní tvar hydrologické bilanční rovnice • P–O= S • Množství vody v území můžeme tak teoreticky zvýšit dvěma způsoby: • •
Zvýšením přítoku vody do území Snížením odtoku vody z území
• Různé druhy výskytu vody v území: • Povrchové vody (vodní toky, nádrže, suché nádrže, voda v pevném skupenství) • Půdní voda • Podzemní voda ve vadózní a saturované zóně
Vlivy a možnosti ovlivnění z pohledu hydrologie - PŘÍTOK • Srážka: nelze ovlivnit
– pokud neuvažujeme rozprašování aerosolů z letadel či raket
• Povrchový či podzemní přítok: nelze ovlivnit
– pokud neuvažujeme řízené převádění vod mezi povodími
Vlivy a možnosti ovlivnění z pohledu hydrologie - ODTOK • Výpar (evaporace + transpirace)
– je ovlivněn režimem půdy, charakterem vegetace, klimatickými poměry – při větší retenci půdy je k dispozici více vody pro evapotranspiraci po delší období od poslední srážky (reálná x potenciální ET) – v dlouhodobé bilanci se zvětšení výparu projeví zmenšením odtoku – vysoké hodnoty transpirace lesních ekosystémů
• Odtok
– je ovlivněn režimem a charakterem půdy a nesaturované zóny – při větší propustnosti (retenci) se zmenšuje přímý odtok (stok s povrchu) a zvětšuje se infiltrace do podzemní vody a tím zvětšuje základní odtok – Jde tedy v zásadě o přerozdělování odtoku mezi povrchový a podzemní, při vědomí časového zdržení podzemního (základního) odtoku daném hydrogeologickými poměry (rychlost proudění podzemní vody)
Vlivy a možnosti ovlivnění z pohledu hydrologie – ZMĚNA ZÁSOB POVRCHOVÉ A PŮDNÍ VODY • Zásoba vody v půdě – Lze ovlivňovat využitím pozemků, vyloučením širokořádkových plodin se přímý odtok zmenší bezprostředně – Způsob obdělávání zemědělské půdy (hluboká orba x bezorebné hospodaření – hutnění půd, snižování pórovitosti, směr orby vůči sklonu terénu) – Podstatné změny (například zalesnění) se na odtoku projeví dlouhodobě
• Objem vody v nádržích
– Je dán celkovým a disponibilním objemem vodních nádrží (funkce vodních nádrží, úloha suchých nádrží) – Odtok lze ovlivňovat operativně, umožňují přebytky vody z povodní přenést do období sucha
• Objem vody v tocích
– Množství vody v tocích kolísá podle průtoku – do okamžiku vybřežení mohou být změny objemu až několikanásobné (podle charakteru koryta) – Jde ale o velmi krátkodobé změny zásob, se kterými se málokdy počítá
Vlivy a možnosti ovlivnění z pohledu hydrologie – ZMĚNA ZÁSOB PODZEMNÍ VODY • Závisí na: – Infiltračních a propustnostních charakteristikách půdy a hornin (zemin) nesaturované a saturované zóny – Umělé intenzifikaci vsaku (vsakovací objekty, zvýšení vsakovaného množství apod.) – Akumulační kapacitě hydrogeologických kolektorů – Disponibilním objemu volných prostor v půdním, nesaturovaném i saturovaném prostředí (průtočnost a zásobnost v hydrogeologickém kolektoru) – Době zdržení infiltrované (podzemní) vody v horninovém prostředí
Vhodnost geologického prostředí pro zvýšení zásob podzemní vody Podle charakteru geologického prostředí tak můžeme rozdělit různá prostředí do 3 základních skupin: – Nevýznamné a časově omezené objemy zadržené vody (mělké zóny krystalinika, málo propustné sedimenty, většina kvartéru) – Významnější objemy zadržených vod, ale časově omezené (hlubší zóny krystalinika, mocnější akumulace kvartérních sedimentů – fluviální, glaciální) – Významné objemy zadržených vod s velkým zdržením v horninovém prostředí (pánevní struktury s výskytem propustných kolektorských hornin) – křídové, terciérní a permokarbonské pánve.
Občas publikované nepravdy 1) Rozšířením mokřadů se zvětší průsak do zásob podzemní vody
• • • •
Mokřady jsou buď vázané na povrchové vody tam, kde voda neprosakuje do podzemí (nepropustné půdní a horninové vrstvy) Nebo je mokřad vázán na výskyt podzemní vody tam, kde hladina podzemní vody je těsně pod povrchem, takže dotaci podzemních vod ovlivnit nemohou. Zvýší se ale disponibilní množství vody pro flóru a faunu, a zvýší se evapotranspirace (ve vegetačním období) Sníží se odtok (nejen povrchový, ale i podzemní)
Občas publikované nepravdy 2) Zlepšením stavu půdy se zvětší odtok v suchých obdobích • Vliv zásoby vody v půdě na odtok je po srážce velmi krátkodobý • V obdobích sucha půda s větší retencí vodu nepropouští, ale dotuje evapotranspiraci, takže minimální průtoky neovlivní. • Zlepšení stavu půdy (zvýšení propustnosti, pórovitosti) se ale projeví ve sníženém riziku eroze a splachů, a v optimálnějším vodním režimu půd pro zemědělské plodiny i přirozenou vegetaci.
Občas publikované nepravdy 3) Revitalizace toků zvětší odtok v suchých obdobích • • •
•
Objem vody v tocích, zvětšený vlivem revitalizačních změn řečiště vyteče v počáteční fázi sucha. Vliv zvětšení komunikace vody v toku s podzemní vodou v nivě se na počátku sucha projeví dotací průtoku z podzemní vody. Pokud je ale v nivě vegetace, schopná využívat vodu z podzemní vody (stromy), nastane opačný směr proudění a voda z toku vsakuje do nivy. V závislosti na teplotě se relativně zvyšuje podíl transpirace na úkor odtoku. V údolní nivě s mělkou hladinou podzemní vody může být vliv transpirace v době sucha zásadní. Realita v době sucha je tedy taková, že minimální průtok a odběry z toku soupeří s vegetací v údolní nivě využívající tutéž vodu a s odběry kvartérní podzemní vody.
Občas publikované nepravdy 4) Optimálním způsobem retence vody je infiltrace do podzemních vod • Např. platný zákon o vodách požaduje vsakování srážkových vod na všech pozemcích jako prioritní způsob nakládání s nimi • Umělé zvětšování infiltrace do podzemní vody má smysl jen tam, jde je dostatečný prostor pro akumulaci (tedy dostatečné hodnoty propustnosti a pórovitosti prostředí, a disponibilní volný objem pórů pro infiltraci) • Z dlouhodobého hlediska je dále žádoucí pomalý přirozený odtok ze zásob podzemních vod • Ideální je zejména křídový útvar s písčitým vývojem sedimentace, případně některé jiné sedimentární pánve s vhodným litologickým vývojem sedimentů permokarbonské a terciérní pánve)
Občas publikované nepravdy 5) Velké vodní nádrže vyřeší všechny problémy s retencí vody v krajině • Z hlediska retence vody v krajině není podstatná celková velikost (objem) nádrže, ale pouze její disponibilní objem, tzn. objem, o který je možné množství vody navýšit anebo snížit • Většina vodních nádrží má jiné funkce než vyrovnávání průtoků (zásobování pitnou vodou, výroba špičkové energie, apod.), a jejich manipulační řády umožní jejich využití pro eliminaci extrémních hydrologických stavů jen okrajově • Pro účely retence je vhodné budování množství menších nádrží v krajině s prioritní retenční funkcí, tedy za běžného stavu naplněných jen z malé části.
Závěr • Existují různé přístupy k retenci vody v krajině, a různé druhy retence • Jejich volba závisí na účelu, pro který chceme v krajině zadržet vodu • Pokud hovoříme o retenci vody v krajině, je třeba specifikovat, jaká retence je pro daný účel a v daném místě nejlepší. • Pro komplexní zlepšení vodních poměrů krajiny je třeba zajistit diverzifikaci i v retenci vody (velikost, doba zdržení) a nesoustředit se jen na jeden přístup
Děkuji za pozornost Josef V. Datel VÚV TGM, v.v.i.
[email protected] mobil 604 381 243
Výzkumný ústav vodohospodářský T. G. Masaryka, v.v.i. Podbabská 2582/30, 160 00 Praha 6 | +420 220 197 111 |
[email protected], www.vuv.cz, Pobočka Brno | Mojmírovo náměstí 16, 612 00 Brno-Královo Pole | +420 541 126 311 |
[email protected], Pobočka Ostrava | Macharova 5, 702 00 Ostrava | +420 595 134 800 |
[email protected]
