Nasycení území, vláhová a vodní bilance a další hydrologické pojmy

Hodnocení článku

Tento text by měl přinést základní informace o základních hydrologických pojmech. O kterých často slyšíme v souvislosti s hydrologickou situací a vlivem počasí či dalších podmínek. Jde zejména o pojmy nasycení území, vláhová a vodní bilance. V článku najdete odpovědi také na další otázky. Proč jsou tyto pojmy důležité? Co vše zahrnují uvedené hydrologické ukazatele? Jak tyto ukazatele hodnotit a jak podle nich poznat stav sucha? Za jakých podmínek mohou ukazatele indikovat riziko povodní? Co znamená nasycení území, vláhová a vodní bilance?

OBSAH ČLÁNKU

1. Pojem hydrologická situace
2. Základní související pojmy
3. Vodní kapacita v půdě jako ukazatel
4. Nasycení území
5. Vodní bilance
6. Podzemní vody a vodnosti toků
7. Pojem hydrologického sucha

V hydrologii určujeme na konkrétním území stav, který nazýváme jako vláhová či vodní bilance. Též hovoříme o vodní kapacitě v půdě. Ta může být využita rostlinami a také často mluvíme o nasycení území. Tyto pojmy je třeba rozlišit a také znát jejich obsah, aby bylo možno spočítat jejich stav – konkrétní hodnoty. Podle nich je nutno poté vyhodnotit hydrologický stav. Resp. hydrologickou situaci a také předpovědět její vývoj na základě očekávaného meteorologického vývoje.

Hydrologická situace a její složení

Hydrologická situace na daném území dále zahrnuje stav hladiny podzemních vod. S tím též úzce souvisí vydatnost pramenů a vodnost vodních toků představovaná jejich průtoky v daných měrných profilech. O těchto hydrologických pojmech přináší další text tohoto článku alespoň stručné pojednání v podobě základních informací. Předcházet ovšem musí úvod a základní hydrologické pojmy pro pochopení další problematiky a jejích souvislostí.

V hydrologii můžeme rozlišit tři základní etapy, každá z nich se odehrává v rámci koloběhu vody v přírodě v jiné oblasti Země:

1. Oblast vzdušného prostoru až povrchu: výskyt srážek a jejich spad (meteorologická příčina a hydrologická odezva, vzdušný prostor+spad na povrch, resp. usazování – u nás jediný zdroj vláhy a vody)
2. Území povrchu: povrchový odtok (spadlých srážek a odtok vyvěrající vody – vodní toky)
3. Část podzemí: podpovrchový odtok a zásoby vody – podzemní vody, na základě vsáklých (infiltrovaných) srážek

Nasycení území, vláhová a vodní bilance: Základní pojmy

Nyní seznámení s dalšími pojmy, které tvoří úplný základ hydrologického myšlení:

Srážky (atmosférické) – atmosférický jev (meteorologický jev) v podobě srážek padajících (vertikální, zdroj oblaky) a usazených (horizontální, zdroj teplotní změny na povrchu). Jsou u nás jediným zdrojem vody.

Srážkový úhrn – množství srážek spadlých na dané území za jednotku času. Např. za hodinu, za den, za měsíc, za rok. A údaje (klimatická data) jsou využívány poté pro další výpočty. Např. ohrožení suchem, nasycení území, vodní kapacita v půdě, průtoky vody v korytech toků atd. Intenzita srážek je úhrnem srážek spadlých na daném území za konkrétní časový úsek (zpravidla za hodinu), např. intenzita 5mm/h.

Infiltrace a odtok

Infiltrace – je vsakování vody spadlé na povrch do půdy, kdy tato do ní vstupuje a prostupuje případně do podzemních vod.

Intercepce – je zachytávání srážek na vegetaci, kdy se tato voda nedostává na povrch nemůže infiltrovat. A odpařuje se z vegetace zpět do atmosféry, pojem výpar není nutno nijak zvlášť definovat.

Povrchový odtok – jde o odtok spadlých srážek po povrchu do rýh, struh a koryt vodních toků při určité míře nasycení území a intenzitě či trvání srážek.

Podpovrchový odtok – jde o odtok probíhající po infiltraci srážkové vody pod zemským povrchem (podzemní vody).

Sucho – charakterizováno určitými parametry průtoku pro daný měrný profil (místo na vodním toku nebo místo měření hladiny podzemní vody – vrt). A odpovídá koeficientu průtoku Q355 a nižšímu, o extrémní sucho jde při výskytu koeficientu průtoku Q364 a nižším.

Měřící prvky a ukazatele extrémů

Měrný profil – je místo na vodním toku, kde jsou uskutečňována měření vodního stavu, průtoku, jakosti či teploty vody případně dalších parametrů.

Vodoteč – je koryto, strouha, vodní tok. Např. potok.

Stupeň povodňové aktivity (SPA) – je též určení hodnoty průtoku či vodního stavu na vodním toku v daném místě a označuje míru extremity, nebo-li tzv. jiného než normálního stavu a stavu sucha. Jde o bdělost (st. 1), pohotovost (st. 2) a ohrožení (st. 3) popř. extrémní ohrožení (stanoveno u některých profilů jako st. 3 EO).

N-letost průtoku – označuje míru pravděpodobnosti opakování daného průtoku v rámci let. Tzv. QN, např. Q5 označuje “pětiletou vodu”, tj. pravděpodobnost opakování daného průtoku (např. 235m3/s-1) jednou za 5 let. Neznamená ovšem jeho skutečný výskyt jednou za 5 let, avšak pravděpodobný a průměrný výskyt.

Měrná křivka průtoku – je vypočítaný průtok (tzv. průtoková řada) pro daný profil na vodním toku na základě vodního stavu. A další průtočných parametrů pro dané místo na vodním toku (hloubka, šířka koryt toku, sklon atd.). Jinými slovy stanovení množství vody za vteřinu, které daným profilem proteče při konkrétním vodním stavu. Např. při vodním stavu 30cm to bude 0.56m3/s-1, při vodním stavu 31cm to bude 0.59m3/s-1 či při stavu 35cm to bude 0.75m3/s-1.

Vodní kapacita v půdě

Označuje množství vlhkosti (vláhy) v půdním profilu a uvádí se zpravidla pro hloubky do 20cm pod zemským povrchem. Označuje kolik vláhy je dostupné pro vegetaci pod povrchem. Vodní kapacita v půdě závisí na mnoha faktorech, které je třeba při jejím stanovení brát v potaz a jde o faktory meteorologické či klimatické i ostatní. Jde o stav aktuální a v minulosti.

Které faktory ovlivňuje vodní kapacitu půdy?

Faktory ovlivňující vodní kapacitu v půdě, k nimž přihlížíme při jejím výpočtu:

• Spadlé srážky a jejich druh = míra infiltrace
• Teplota vzduchu
• Sluneční svit, jeho intenzita a délka
• Tvorba noční rosy a její intenzita
• Rychlost větru
• Typ půdy v oblasti
• Terén v dané oblasti

Vodní kapacitu v půdě tak vypočítáme na základě vstupů a výstupů vláhy dopadlé na povrch:

VODNÍ KAPACITA V PŮDĚ = spadlé srážky + roztátý sníh + rosa – odtok – výpar. Jeho intenzita závisí na více faktorech a to hlavně na slunečním svitu, teplotě vzduchu a rychlosti větru.

Nasycení území

Je hydrologický ukazatel, který dává informaci o tom, do jaké míry je dané území nasyceno vodou a kolik je ji schopno ještě pojmout. Nasycení území ukazuje, zda v dané oblasti hrozí sucho nebo naopak rychlé odtoky vody z území do koryt vodních toků v případě vydatnějších a prudkých srážek. Zejména jde o tzv. přívalové srážky, resp. se vznikem přívalové povodně.

Nasycení území opět závisí na mnoha faktorech:

• Spadlé srážky a jejich druh
• Sluneční svit a teplota vzduchu
• Typ půdy a terén v dané oblasti

NASYCENÍ ÚZEMÍ = spadlé srážky + roztátý sníh = infiltrace – odtok – výpar

Vodní bilance

Vodní nebo vláhová bilance je dalším hydrologickým ukazatelem, který reflektuje průběh klimatických prvků za uplynulé období. Ukazuje nám zda se mění zásoby vody v krajině a pokud, tak jakým způsobem. Podle toho rozlišujeme vodní bilanci vyrovnanou, kladnou nebo zápornou. Jde o vztah mezi přísunem vláhy (vlhkosti) na daném území a jejími ztrátami.

Vodní bilance:

• Vyrovnaná: přísun vláhy = úbytek vláhy
• Záporná: přísun vláhy < úbytek vláhy
• Kladná: přísun vláhy > úbytek vláhy

Faktory ovlivňující vodní bilanci

Vodní bilance nebo-li bilance vláhová závisí tedy na přísunu vláhy. Přísun vláhy zajišťují na našem území především srážky a to zejména srážky vertikální, padající z oblaků. Každý druh srážek přinese různou intenzitu vláhy, při níž se do půdy infiltruje rozdílné množství vody/vláhy. Za přísun vláhy budeme tedy považovat srážky (přibližně v poměru vertikální z 90% a horizontální z 10%). Za výdej vláhy, nebo-li její ztráty, budeme považovat zejména evapotranspiraci (tedy výpar z povrchu – transpirace i výpar z vegetace – evaporace).

Co vše tedy ovlivňuje vláhovou bilanci a její složky: (složka příjmová + a výdajová –)

• Vertikální a horizontální srážky (+)
• Vzdutí hladiny podzemní vody vlivem podpovrchového odtoku (+)
• Evapotranspirace (–)
• Vysoká teplota vzduchu (–)
• Vysoká intenzita slunečního svitu, tj. dle podmínek: roční doba, množství oblačnosti (–)
• Rychlý vítr (–)

Podzemní vody

Výskyt vody pod zemským povrchem je velmi důležitý pro hydrologickou situaci dané oblasti. Záleží tedy na jejich dostatečně velkých zásobách, resp. dostatečně vysoké hladině. Hladina podzemních vod je u nás sledována v jednotlivých vrtech (mělkých a hlubokých) po celém území ČR. Z podzemních vod jsou do větší míry zásobeny prameny našich toků, na čemž závisí poté jejich vodnost. Podzemní vody je zásobují v dobách absence výskytu srážkové činnosti. Srážková činnost by pro zásobení toku sama o sobě nestačila, neboť by musela být na celém území permanentní.

S úbytkem zásob podzemních vod dochází ke snižování vodností toků. Úbytek podzemních vod způsobuje dlouhodobý výskyt meteorologického sucha, které je zpravidla vyvoláno spolupůsobením několika faktorů (zejména vysokých teplot a absence srážek, případně výskytu pouze lokálních srážek z hydrologického hlediska nevhodného druhu či spolupůsobení rychlého větru a nízké vlhkosti vzduchu). Jak je poté dále uvedeno v závěru textu, sucho se vyskytne z hlediska stavu podzemních vod při poklesu hladiny podzemní vody na 85% měsíční kvantil. Nízké zásoby podzemní vody se vyskytují společně s nízkou mírou nasycení území. Tyto ukazatele, nasycení území a hladina podzemních vod, ovlivňuje v daném roce zejména klimatický průběh zimního období.

Na čem závisí stav podzemních vod?

Konkrétně jde o dostatečné zásoby sněhu, po jejímž roztátí na počátku jarního období, dojde k dobrému nasycení území a doplnění zásob podzemních vod na dostatečně vysokou hladinu. Předpokladem pro utvoření dostatečných zásob sněhové pokrývky je výskyt zimní sezóny bez kolísání teploty vzduchu s výskytem abnormálně teplých epizod (ideálně alespoň průměrné teploty bez větší variability) a dostatečné (alespoň v mezích normálu) množství srážek. To bude vždy vyšší od vyšších poloh, kde dochází k nasycení území a doplnění podzemních vod v největší míře, naopak oproti oblastem v nejnižších nadmořských výškách. Tyto jsou během vegetační sezóny ale též více ohroženy vysokými teplotami, nižším množství srážek s výskytem i velmi dlouhých suchých period nebo období s výskytem hydrologicky nevýznamných srážek a tím jsou více ohroženy tedy i suchem.

Stav podzemních vod během roku závisí na:

• Množství roztátého sněhu na konci zimy a před začátkem vegetačního období (tj. na průběhu předcházející zimní sezóny)
• Průběhu teplot během jara a léta (zejména)
• Průběhu srážek během roku a jejich druhu v letním období (cca květen až srpen)

Vodnost vodních toků

Na základě stavu nasycení území, vodní bilance a aktuálního průběhu počasí se mění vodnosti vodních toků. Vodnost vodního toku závisí na vydatnosti pramenů (ta je závislá na zásobě podzemní vody) a průběhu počasí (zejména výskytu srážek) v oblasti daného vodního toku a to zejména v jeho pramenné oblasti, případně v oblasti jeho zdrojnic a přítoků především v horní části jeho povodí. Vysoká vodnost vodního toku nastává při kladné vodní bilanci, vyšším nasycení jeho povodí a to hlavně pramenných částí tohoto povodí, dle čehož lze usuzovat i vyšší hladiny podzemních vod v oblasti.

Určování vodností toků

Vodnost vodních toků určujeme pomocí průtoku v korytě daného toku na určitém místě (v měrném profilu). Například na Labi v Přelouči (střední část), na Moravě ve Strážnici (dolní část) nebo na Vltavě v Lenoře (horní část). Každý měrný profil má určeny kategorie vodností dle velikosti průtoku jinak. To, že bude horní část daného toku vysoce vodná neznamená, že bude vysoce vodná i jeho střední část. V příkladu Labe to bude tedy znamenat vysokou vodnost například v profilu Vestřev (horní část) a o poznání nižší v uvedeném profilu Přelouč.

Přičemž vysoká vodnost v horní části (Vestřev) bude odpovídat například průtoku o hodnotě 6m3/s-1 a nízká vodnost v profilu Přelouč bude odpovídat hodnotě 30m3/s-1. To by pro dolní část toku byla zajisté extrémně nízká vodnost. Dle průtoku tak vyjadřujeme tzv. odchylky od normálu daného referenčního období (nyní období let 1981 až 2010, nedávno ještě období let 1961 až 1990). Průtok v korytě toku označujeme Q a určujeme tak M denní průtok.

Nasycení území, vláhová a vodní bilance: Hydrologické sucho a podmínky pro jeho výskyt

Nyní se dostáváme k tomu, za jaké situace popsané dle výše uvedených ukazatelů nastává sucho, resp. stav sucha dle hydrologické terminologie (neřešíme zde sucho meteorologické, resp. klimatické, které je základní příčinou hydrologického sucha a dává k němu podnět = dlouhodobý nedostatek srážek vůči výparu, jinými slovy dlouhodobá převaha ztrát vláhy nad jejím přísunem).

Předpoklady pro výskyt hydrologického sucha na konkrétním území:

• Specifický klimatický vývoj v uplynulých týdnech a měsících – dlouhodobější výskyt meteorologického sucha (základní “stavební kámen” hydrologického sucha)
• Snižující se nasycení území, úbytek vláhy (první projevující se důsledek)
• Snížení hladiny podzemních vod na úroveň stavu sucha, tj. pokles pod 85% měsíční kvantil (druhý projevující se důsledek)
• S tím související pokles vydatnosti pramenů (třetí projevující se důsledek)
• A na to navazující poklesy vodnosti toků, tedy poklesy průtoků vodních toků na stavy sucha, tj. pokles průtoku alespoň na koeficient Q355 (čtvrtý projevující se důsledek)

Co znamená výskyt sucha

Hodnoty koeficientu průtoku vyjadřují, kolik dní v roce se dle dlouhodobého průměru daný průtok vyskytuje. V případě stavu sucha jde o 355 denní průtok a jde tak o přibližně 3% dní s nejnižší vodností.  Z hlediska podzemních vod považujeme za sucho situaci, kdy hladina podzemní vody poklesne pod 85% kvantil v daném měsíci. Nasycení území nám ukazuje zaplnění retenční kapacity půdy. Při nízkém zaplnění nastává riziko sucha, při významném zaplnění naopak riziko rychlého odtoku vody z území a vznik povodňové situace při výskytu srážkové činnosti nebo tání sněhu.

Hydrologická situace koreluje s koloběhem vody na Zemi a v konkrétní oblasti závisí na stavu tohoto koloběhu v daném čase. Jinými slovy závisí na tom, kolik vody je dostupné v kapalné podobě na zemském povrchu a pod ním. Na každém místě je tomu v aktuální čas jinak a tato místa od sebe nemusejí být nijak moc vzdálena.

O suchu se dozvíte aktuální informace buďto na stránce www.intersucho.cz nebo na stránce www.chmi.cz/aktualni-situace/sucho případně na stránce hamr.chmi.cz.