AKTUALITY ŠUMAVSKÉHO VÝZKUMU II
str. 44 – 48
Srní 4. – 7. října 2004
Vliv lesních ekosystémů na hydrický režim krajiny Influence of forest ecosystems on hydric regime of landscape František Křovák1,*, Eva Pánková1 & František Doležal2 Katedra biotechnických úprav krajiny, Fakulta lesnická a environmentální, Česká Zemědělská Univerzita v Praze, Kamýcká 129, CZ-16521 Praha 6 – Suchdol, Česká republika 2 Katedra vodního hospodářství, Fakulta lesnická a environmentální, Česká Zemědělská Univerzita v Praze, Kamýcká 129, CZ-16521 Praha 6 – Suchdol, Česká republika krovak@fle.czu.cz 1
Abstract The goals of this paper are to compare the hydrology functions of three different forest ecosystems types (healthy forest, dead forest, clearing). The continual measurement of the temperature, precipitation and discharge was started in August 1998 and still continues. From the year 1999 the water conductivity and water quality are also measured. The results of this hydrological research presented in overall tables indicated conditional conclusion that healthy forest have the capability to reduce the maximum discharges (to some extent) and simultaneously to increase minimum discharge. These conclusions must be verified for long-term observation.
ÚVOD Výskyt povodní v letech 1997 a 2002 opět rozvířil diskuse ohledně vlivu antropogenní činnosti v krajině na vznik extrémních povodňových situací, které se snaží kvantifikovat vliv konkrétních zásahů v povodí na odtokové poměry (KOVÁŘ & K ŘOVÁK 1999). Také v této souvislosti je aktuálním tématem nalezení optimálního managementu v oblastech přirozeného výskytu smrku na území NP Šumava, v souvislosti s hospodařením v lesích zasažených kůrovcovou kalamitou. Tuto problematiku lze posuzovat z několika pohledů. Náš výzkum se zaměřuje na srovnání hydrologických funkcí tří rozdílných typů lesního ekosystému (les zdravý, les odumřelý suchý stojící (mrtvý les), les pokácený (paseka) (HRÁDEK et al. 2000).
METODIKA Již před těmito zmiňovanými povodňovými událostmi bylo rozhodnuto o vybudování experimentálních povodí na Šumavě Lesnickou fakultou ČZU v Praze. Jako reprezentativní oblast bylo vybráno území NP Šumava v okolí Modravy. V roce 1997 byly provedeny podrobné terénní průzkumy nezbytné pro výběr lokalit vhodných pro výstavbu experimentálních povodí a dále byly zahájeny přípravy pro plánovanou výstavbu měrných přelivů a osazení potřebných přístrojů. Povodí byla vybírána tak, aby jejich základní fyzickogeografické charakteristiky (klimatické poměry, geometrické charakteristiky, sklonové poměry, geologické a půdní poměry) byly co nejpodobnější, avšak s rozdílným pokryvem (viz Tab. 1). Největší vzdálenost mezi jednotlivými povodími je 14 km.
44
Tabulka 1. Popis jednotlivých povodí. Table 1. Catchments description. Název stanice Modrava 1 Modrava 2 Modrava 3
Lokalita
Kultura
pod Roklanem Malá Mokrůvka pod Vysokým stolcem
mrtvý les paseka zdravý les
Výměra (ha) 10 17 7
Nadm. výška (m n. m.) 1210–1275 1180–1330 1105–1251
Expozice severní severní severní
Tabulka 2. Přehled veličin měřených na experimentálních povodích M1, M2, M3.3 Table 2. Summary of measured data on experimental catchments M1, M2, M3. Měřená veličina Vodní stav Srážky Teplota vzduchu Vodivost vody
Interval mezi měřeními 2 min 4 min 2 min 1 hod 3 hod
Čidlo
Začátek měření srpen 1998 červen 1999 srpen 1998 srpen 1998 červen 1999
tlakový hladinoměr překlopný srážkoměr nevyhřívaný teploměr konduktometr GRYF
V roce 1998 byly ve vytypovaných lokalitách vybudovány měrné stanice a v srpnu 1998 byla zahájena měření (KUNA & KUŘÍK 1998). Přístrojové vybavení Na lokalitách popsaných v Tab. 1 jsou v období červen – říjen měřeny hodnoty teploty, srážek a vodního stavu, (později doplněná o měření konduktivity), které jsou zaznamenávány centrální sběrnou jednotkou dodanou firmou NOEL. Průtok se vypočte dle vzorců z odborné literatury (BOS 1976) z výšky přepadového paprsku na trojúhelníkovém Thomsonově měrném přelivu, která je měřena tlakovým hladinoměrem. Podrobná metodika měření a zpracování dat jsou popsány v (KUNA & KUŘÍK 1998).
PŘEHLED MĚŘENÝCH DAT Měřené veličiny a časový krok měření jsou uvedeny v Tab. 2.
VÝSLEDKY MĚŘENÍ Zatím se podařilo nashromáždit úplnou řadu kontinuálních pozorování z let 1998 a 2003. To představuje téměř kompletní data těchto let, uvážíme-li, že v daných lokalitách umožňují klimatické podmínky kontinuální pozorování pouze v cca 5 měsících během roku. Celoroční pozorování by vyžadovalo vyhřívání stanic v zimních měsících, což je vzhledem k pořizovacím nákladům (asi 40 km kabelu + vyhřívací jednotky) a provozním nákladům nereálné, nemluvě o pokládání kabelu na území NP Šumava. V současné době jsou tato data připravena v denním, hodinovém nebo minutovém kroku jako vstup do hydrologických modelů a k dalšímu statistickému zpracování. V sumarizační podobě jsou výsledky shrnuty do Tab. 3 a 4.
45
Tabulka 3. Výsledky měření za jednotlivé roky. Table 3. Annual results. Období září–říjen 1998 červenec–srpen 1999 červen–září 2000 červenec–srpen 2001 červen–červenec 2002 červenec–říjen 2003 1)
Modrava 1 ϕ (%) HS (mm) 48,3 558 4,3 180 3 ,81) 1011) 3,6 172 6,5 274 12,1 464
Modrava 2 ϕ (%) HS (mm) 27,7 447 7,5 184 13,6 381 8,4 225 15,6 224 9,4 490
Modrava 3 ϕ (%)* HS (mm)* * 42,5 286* * 11,8 180* * 10,0 272* * 8,4 125* *2) 6,4 86*2) * 23,5 323*
výpadek srážkoměru, data pouze za září výpadek srážkoměru, měření pouze do 25. 6.
2)
Tabulka 4. Porovnání odtokových poměrů během sledovaného období. Table 4. Comparison of run-off during measured time period. Stanice Modrava 1 Modrava 2 Modrava 3
Kultura mrtvý les paseka zdravý les
Max. specif. průtok (l.s –1.ha–1) 16,07 9,02 3,14
Průměrný specif. průtok (l.s –1.ha–1) 0,076 0,081 0,072
KVALITATIVNÍ SLEDOVÁNÍ Kvantitativní hydrologická pozorování byla doplněna sledováním kvalitativních ukazatelů, které by mohly naznačit na daných povodí rozdílnost chemismu povrchové vody ovlivněného změnou stavu lesního porostu. Sledování chemismu vody se provádí od roku 1999, kdy v průběhu hydrologického měření byly vzorky vody odebírány přibližně v týdenních intervalech, v dalších letech byl odběr vzorků zredukován vzhledem k problematické přístupnosti stanovišť a k nevýrazným rozdílům výsledků rozborů v časové řadě. Vzorky vody byly odebírány v úrovni přelivné hrany. Rozbory vody (stanovení NO3–, NO2–, NH4+, PO43–, Ca, Mg, Na, K, Fe) provedla analytická laboratoř Ústavu aplikované ekologie v Kostelci n. Černými lesy, pH bylo měřeno přenosným potenciometrem s kombinovanou elektrodou. Při posuzování výsledků z jednotlivých povodích je třeba brát v úvahu rozdílnost ve složení svrchních vrstev půdy (MÁŠOVÁ 2003). Charakteristické rozdíly vykazují jednotlivá povodí v obsahu nitrátů, které se nejvíce podílejí na acidifikaci toku (RŮŽIČKOVÁ et al. 2000). Nejnižší průměrné koncentrace NO3 – (viz Obr. 1) vykazuje M3 4,12 mg.l–1 oproti M2 (6,55 mg.l–1) a M1 (7,08 mg.l–1). Rozdíly v pětileté řadě jsou charakteristické i v koncentracích kationtů Ca a Mg (viz Obr. 2). Obsahy NO2– a NH4+ na všech povodích se většinou pohybovaly na hranicích stanovitelnosti, ani koncentrace kationtů Na a K nevykazovaly mezi jednotlivými povodími výrazné rozdíly, podobné výsledky uvádí (RŮŽIČKOVÁ 2000) v tocích povodí Vydry a Křemelné.Průměrné hodnoty za pětileté období PO43– se pohybují od 0,04 do 0,08 mg.l–1 s výraznou průměrnou koncentrací na M2 v roce 2000 0,17 mg.l–1. Nejvyšší pH bylo zaznamenáno na M3: 5,6 až 7,4 (průměr 6,26), nižší pH na M2: 4,9 až 6,1 (5,5), nejnižší pak na M1: 3,9 až 6,0 (5,3). pH je na všech povodích značně rozkolísané, ovlivněné srážkami.
46
16
9
14
8
12
7 6
10
5
8
4
6
3
4
2
2
1
0
Pr�tok [l/s]
Koncentrace [mg/l]
Graf x1: Koncentrace NO3-
0 36337 36381 36466 36684 36725 36809 37048 37125 37210 37390 37433 37567 37764 37853 37930
Modrava 1
Modrava 2
Modrava 3
pr�tok M1
pr�tok M 2
pr�tok M 3
4
9
3,5
8
3
7 6
Pr�tok (l.s-1)
Koncentrace (mg.l-1)
Obr. 1. Koncentrace NO3–. Fig. 1. Concentration of NO3–.
2,5
5
2
4
1,5
3
1
2
0,5
1
0
0 36337 36381 36466 36684 36725 36809 37048 37125 37210 37390 37433 37567 37764 37853 37930
Modrava 1
Modrava 2
Modrava 3
pr�tok M1
pr�tok M2
pr�tok M3
Obr 2. Koncentrace Ca + Mg. Fig. 2. Concentration of Ca + Mg.
ZÁVĚRY Data získaná z uvedených experimentálních povodí vzhledem k délce pozorování dovolují zatím pouze některé dílčí závěry. Dosavadní výsledky kvantitativních měření zatím potvrzují nenahraditelnou vodohospodářskou funkci lesa resp. vitálního lesního porostu. Jedná se především o vyrovnanost odtokových poměrů během sledovaného období, které nám umožnilo porovnat reakce experimentálních povodí při vydatných deštích i během relativně suché periody. Nejen naše měření, ale i výsledky výzkumů uskutečněných v různých přírodních podmínkách nenaznačují jednoznačnou platnost závislosti odtokového režimu na lesnatosti
47
povodí a že výsledky výše uvedené problematiky jsou do značné míry ovlivněny použitou metodikou a jsou velmi náročné na finanční prostředky i na délku pozorování. Dále je nutné potvrdit závěr, že ochranná funkce lesů má své přírodní meze. Lesní půda je schopná zadržet 30 až 50 mm srážkového úhrnu. Při denních hodnotách vyšších, nebo opakovaných deštích v krátkém časovém intervalu již vzniknou škodlivé povodně bez ohledu na lesnatost povodí nebo jeho druhovou skladbu. Dále je třeba zvážit zda u každého skutečně nebo potenciálně ovlivněného povodí jde především o bilanční změnu vlhkosti způsobenou zejména omezením transpirace nebo o změnu procesu tvorby odtoku. Na tuto problematiku bude zaměřen další výzkum. Pokud se týká kvalitativních ukazatelů, časový vývoj hodnot pH zatím nenaznačuje žádný trend, který by reagoval na rozdílný pokryv jednotlivých povodí. Vedle vlivu stanoviště lze předpokládat i značný vliv odlesnění (M2) a zachování odumřelého lesa (M1), kdy uvolňující se nitráty při rozkladu organické hmoty nejsou dále asimilovány, ale transportovány odtékající vodou.
LITERATURA BOS M.G., 1976: Discharge measurement structures. International Institute for Land Reclamation and Improvement /ILRI, Wageningen, 250 pp. HRÁDEK F., KUŘÍK P., PÁNKOVÁ E. & KORYTÁŘ M., 2000: Vliv změny lesních ekosystémů na hydrický režim krajiny. In: Monitoring, výzkum a management ekosystémů NP Šumava, Sborník z konference, Kostelec nad Černými lesy: 38–43. KOVÁŘ P. & K ŘOVÁK F., 1999: Funkce a možnosti krajiny při zvládání extrémních hydrologických jevů. In: Extrémní hydrologické jevy v povodích, Workshop ‘99 – GAČR reg.č. 103/99/1470, Praha: 5–13. K ŘOVÁK F. & KORYTÁŘ M., 2001: Charakteristiky experimentálních povodí. In: Krajina, les a lesní hospodářství, II. díl, Sborník z celostátní konference, Kostelec nad Černými lesy, leden 2001: 133–135. KUNA P. & KUŘÍK P., 1998: Hydrometeorologická měření na Šumavě. Zprávy lesnického výzkumu, 43(3–4): 37–39. KUŘÍK P., PÁNKOVÁ E., K ŘOVÁK F. & KORYTÁŘ M., 2000: Vliv změněných podmínek prostředí na hydrický režim krajiny. Ms., nepubl., Grant MŽP ČR 14–053/97, Výzkumná zpráva LF, ČZU Praha, 17 pp. MÁŠOVÁ L., 2003: Ovlivnění vodního režimu povodí změnou lesního pokryvu ve vybraných povodích NP Šumava. In: Ms., Diplomová práce, Česká Zemědělská Universita Praha: 16–34 (LF ČZU Praha). RŮŽIČKOVÁ J., OVČÁSKOVÁ I. & H LÁSENSKÝ I., 2000: Chemismus horských toků v oblasti postižené kůrovcovou kalamitou. In: Monitoring, výzkum a management ekosystémů NP Šumava, Sborník z konference, Kostelec nad Černými lesy: 51–55.
posl
48
