SP/1A6/151/07

Projekt VaV SP/1a6/151/07
„Hodnocení vlivu klimatických zmn na hydrologickou bilanci a návrh
praktických opatení ke zmírnní jejich dopad“
Pedstavení a hlavní cíle projektu
(shrnutí)
Projekt VaV SP/1a6/151/07 zajišovala pro Ministerstvo životního prostedí (MŽP) eská
geologická služba ( GS) v rámci Resortního programu výzkumu v psobnosti MŽP
v souladu se zásadami Státní politiky životního prostedí v letech 2007 až 2011. Výsledky
projektu pispívají pedevším k ešení dvou dlouhodobých základních smr výzkumu, a to
udržitelného rozvoje (dopady klimatické zmny a opatení na její zmírnní, zpesnní odhad
dopad klimatické zmny na kolobh látek, hydrologickou bilanci, extrémní hydrologické
jevy a vodní zdroje v R) a bezpenostního výzkumu (ochrana ped následky živelních
pohrom). Krom koordinátora projektu, eské geologické služby, se na jeho ešení podílel
také Ústav pro hydrodynamiku AV R, v.v.i. (ÚH AV R).
V rámci ešení projektu byly postupn naplovány zejména tyto cíle:
• modelování regionální hydrologické bilance pi rzných scénáích vývoje klimatu;
• vyhodnocení dlouhodobých zmn teplot a srážek na odtokové pomry a
vyhodnocení výskytu extrémních událostí (povodn, sucho);
• vytvoení koncepního modelu napájení a tvorby odtoku z povodí pomocí izotop
18 O a 15 N a koncepního modelu napájení a tvorby odtoku z povodí pomocí
hydrologických model (nap. Sacramento SAC-SMA, RETU, BOOK90, SWIM);
• vytvoení bilance environmentáln významných prvk a slouenin (Ca, Mg, K,
SO4, NO3, DOC a DON) pi zmnných hydrologických pomrech;
• vytvoení „realistického“ a dynamického pístupu k modelování vývoje chemismu
povrchových vod a pd pomocí geochemického modelu (MAGIC);
• vyhodnocení možných rizik spojených s narušením ekosystémových funkcí
(retence dusíku, regenerace z acidifikace) v dsledku výskytu abnormálních jev
(povode, sucho);
• kvantifikování kritických a cílových zátží s využitím geochemického modelu
VSD v návaznosti na klimatické scénáe;
• extrapolace získaných údaj z povodí sít GEOMON (v desítkách až stovkách ha)
na vtší krajinné celky (v desítkách km 2 ); porovnáním s výsledky prací založených
na vyhodnocení celorepublikového mapování povrchových vod v GS
a monitoringu malých povodí v síti GEOMON; a
• vytvoení map ekostabilizaních opatení v krajin jako úinného nástroje
vyrovnání se s pedpokládanou zmnou klimatu.
2

Pro naplnní tchto cíl byl nezbytný zejména terénní monitoring kolobhu vody a
chemických prvk, modelová predikce zmn tohoto kolobhu v lesních ekosystémech,
stanovení kritických a cílových zátží lesních ekosystém, dále byly vytvoeny návrhy
biotechnických protierozních a revitalizaních opatení a návrh systému vasné výstrahy ped
bleskovými povodnmi. Tyto a další informace týkající se ešení jsou shrnuty v závrené
zpráv k projektu, kterou tvoí 5 tematických kapitol (k dispozici pouze v eštin). Výsledky
projektu byly publikovány v mezinárodních vdeckých impaktovaných asopisech (nap.
Ecological Modelling, Climate Research, Hydrology and Earth System Sciences) i v eských
vdeckých asopisech a sbornících. Krom toho byly výsledky projektu prezentovány na 6.
konferenci BIOGEOMON v roce 2009 v Helsinkách (tradice tchto konferencí byla eskou
geologickou službou založena v Praze v roce 1987) a na 8. konferenci ACID RAIN v roce
2011 v Pekingu. Spoluešitel projektu ÚH AV R dále uspoádal dv konference s názvem
„Hydrologie malého povodí“, které také piblížily výsledky projektu. Informace o projektu je
rovnž publikována na webové stránce GS www.geology.cz.
ešení projektu
Pro zpesnní dosavadních odhad dopadu klimatické zmny na látkovou a hydrologickou
bilanci a extrémní hydrologické jevy byla vybrána lesní povodí sít GEOMON. Jedná se o sí
malých povodí v pramenných oblastech o velikosti desítek až stovek hektar, která byla
zvolena tak, aby reprezentovala hydrologický režim rzných oblastí. Povodí jsou lokalizována
v oblasti Šumavy (povodí Liz LIZ a Spálenec SPA, SPA skonen monitoring, nahrazeno
povodím Litavka LIT v Brdech), Slavkovského lesa (Lysina LYS a Pluhv bor PLB),
Krušných hor (Jezeí JEZ), Jizerských hor (Uhlíská UHL), Krkonoš (Modrý potok MOD),
Orlických hor (U dvou louek UDL), Beskyd ( ervík CER), na eskomoravské vrchovin
(povodí Anenský potok ANE, Salaova Lhota SAL, Loukov LKV), v Železných horách
(Polomka POM), v blízkosti pražské aglomerace v Benešovské pahorkatin (Lesní potok
LES). Se systematickým monitoringem se na 14 povodích zaalo nejpozdji v roce 1995
(mimo povodí Litavka, které bylo do sít zaazeno v roce 2006 jako náhrada za povodí
Spálenec), tak byly získány jedinené ady dlouhé minimáln 16 let. Dvodem k výbru
lesních povodí byla skutenost, že les je v našich podmínkách nejlepším piblížením
pirozenému ekosystému, ale zárove vykazuje náchylnost k okyselování zejména ve
smrkových monokulturách. Kyselá atmosférická depozice zpsobuje narušení sledovaných
ekosystém zejména v pípad, kdy podloží tvoí metamorfované a magmatické horniny
pevážn granitoidy, což je pípad vtšiny horských oblastí R. Zárove je také
nejvhodnjším ekosystémem ke studiu vlivu extrémních hydrologických situací (povodní a
dlouhodobého sucha) v podmínkách R. Jedná se o povodí 1. ádu (v relativním systému dle
Strahlera), tedy pramenné úseky, kde se povodová situace projevuje nejdíve.
Monitorování kolobhu vody a chemických prvk a jeho modelování na síti povodí
GEOMON pedstavovalo klíovou ást celého projektu. Modelování bylo provedeno také na
povodích stední velikosti o ploše stovek až tisíc kilometr tvereních na ekách Otav,
Cidlin a Malši.
Dosažené výstupy projektu jsou rozdleny do tí tematických okruh. První okruh se zabývá
monitoringem a sbrem dat, hodnocením mených údaj a modelováním. Druhý okruh
pedstavuje simulaci budoucího vývoje vodní bilance a s tím úzce související zmny
látkových tok. Ve tetím okruhu jsou prezentována adaptaní opatení, navržená
v návaznosti na poznatky získané vyhodnocením mených dat a simulací prezentovaných
v prvních dvou tematických okruzích. Na závr je uvedeno celkové shrnutí výsledk a
možnosti jejich uplatnní.
3

Monitoring, zhodnocení a modelování souasného stavu
Vtšina malých experimentálních povodí, která byla k dispozici pi ešení pedloženého
projektu, má charakter povodí reprezentativních. Poskytují tedy cenná data pro odhad vlivu
klimatických zmn na vodní bilanci povodí. Monitorovací systém GEOMON koordinovaný
GS, je v souasné form provozován od roku 1994. Ze sít trnácti malých lesních povodí se
jednotnou metodikou poizují vstupní údaje pro výpoet látkových tok ekologicky
významných složek. Jedná se o celosvtov uznávaný zpsob hodnocení stavu a vývoje
pírodního prostedí, o emž svdí i fakt, že nkterá povodí byla zaazena do mezinárodní
monitorovací sít ERB (Euromediterranean Network of Experimental and Representative
Basins). Popis povodí zaazených do sít ERB (Liz, Uhlíská a Anenský potok) lze najít
rovnž v evropské databázi povodí (www.euro-friend.de). Cílem je do této sít postupn
zalenit i všechna ostatní malá povodí. Nkolik vybraných povodí je zapojeno do dalších
mezinárodních sítí: ICP Integrated Monitoring (Anenský potok, Lysina), ICP Waters (Lysina,
Uhlíská) a ILTER (Lysina, Pluhv bor). Povodí sít GEOMON jsou v závrené zpráv
pedstavena spolu s metodikou získávání a hodnocení dat.
Významným výstupem je zpracování prbhu zmn množství jednotlivých chemických
komponent obsažených ve srážkách na volné ploše, v podkorunových srážkách a odtoku pro
všechna hodnocená povodí za období 1994 – 2010. Zpracování je sumarizováno tabelární
formou a doplnno rozsáhlými grafickými pílohami, které jasn dokumentují asovou
variabilitu obsahu jednotlivých sledovaných komponent.
Souástí ešení bylo statistické zpracování trend vybraných parametr povrchových vod na
souboru povodí sít GEOMON, které vypovídá o reakci ekosystém na zmny v depozici.
Reakce ekosystému nelze pesn pedpovídat, avšak pomocí konfrontace výsledk
monitoringu s výsledky modelování lze vyvodit kvantifikované závry o pravdpodobných
budoucích zmnách ekosystému. Nejdležitjšími experimentálními zjištními jsou statisticky
významné poklesy koncentrací dusinan a síran v odtoku z tém všech povodí. Výjimkami
jsou povodí s vysokými hodnotami pH povrchových vod, kde nebyly oekávány významné
negativní projevy acidifikace. Na povodích, kde došlo ke snížení koncentrací aniont síran,
byl také zaznamenán významný pokles koncentrací bazických kationt, takže došlo ke snížení
jejich ztrát ze sledovaných lesních ekosystém.
Pro úely hodnocení dopad klimatických zmn na hydrologický režim zejména v souvislosti
s extremalizací hydrologického cyklu, je naprosto nezbytné mít k dispozici kontinuální
mení za co nejdelší dobu. Zachování kontinuity mení usnaduje vybavení povodí
dálkovým penosem dat, který byl v rámci projektu spolufinancován a instalován na vybraná
povodí, jednalo se napíklad o povodí Liz na Šumav, Modrý potok v Krkonoších, Uhlíská
v Jizerských horách a Jezeí v Krušných horách. Pi jeho realizaci byl použit osvdený
systém automatických stanic dodávaných tuzemskými dodavateli doplnný paketovým
penosem dat pes sít mobilních operátor (GPRS). Možnost sledovat mení prbžn
snižuje riziko ztráty dat díky vasnému odhalení nap. nesprávné funkce idel.
V rámci pedloženého projektu byl podrobnji zpracován rozbor látkových tok organického
uhlíku a frakcí dusíku a látkových tok olova. Koncentrace rozpuštného organického uhlíku
(DOC) ve srážkách byly nejvyšší v místech s nejnižšími srážkovými úhrny
a v podkorunových srážkách pod smrky trpící environmentálním stresem. Nejvyšší
koncentrace DOC v odtoku byly zjištny na obou povodích Slavkovského lesa, naopak
nejnižší na povodích v Beskydech a v Krkonoších. Nejvyšší odtoky DOC byly zjištny na
povodích Lysina, Uhlíská, Pluhv bor a U dvou louek, tedy ve Slavkovském lese,
v Jizerských a Orlických horách.
4

Ve srážkách i podkorunových srážkách pevažuje v celkovém rozpuštném dusíku (DN) podíl
rozpuštného anorganického dusíku (DIN) nad rozpuštným organickým dusíkem (DON).
Toto platí i pro vtšinu odtok z povodí. Na 4 povodích ale byl zjištn opaný stav. Jedná se
o nejkyselejší povodí sít GEOMON (Litavka, Lysina, Loukov) doplnné o šumavský
Spálenec.
Nejvyšší koncentrace DON ve srážkách byly na místech s nejnižšími srážkovými úhrny.
Nejvyšší DN i DIN v odtoku se vyskytovaly na povodích s pestárlými smrky (Anenský
potok, Polomka, Pluhv bor). Nejvyšší absolutní koncentrace DON v odtoku se vyskytovaly
také na tchto tech povodích a navíc na Lysin. Naopak nejnižší koncentrace DON byly
zjištny na pomrn nesourodé skupin povodí (Salaova Lhota, Modrý potok, Liz, Litavka).
Nejvyšší roní prmrný odtok DON byl stanoven pro dv geochemicky kontrastní povodí
Slavkovského lesa, naopak nejnižší odtok byl zejmý na tyech povodích umístných ve
stední nadmoské výšce východn od Prahy, kde je i prostý celkový povrchový odtok velmi
malý.
Vtšina dívjších studií se shodla na tom, že olovo (Pb) je pevn vázáno v minerálních
pdních horizontech a že jen nepatrná ást atmogenního Pb se objevuje pímo v potoní vod.
Pomr izotop 206 Pb/ 207 Pb v síti GEOMON ukazuje, že prakticky veškeré exportované olovo
pochází ze svrchních pdních horizont a je antropogenního pvodu. Protože odtok Pb na
velmi zneištných severoeských lokalitách již nyní klesá, neoekáváme v budoucnosti puls
zvýšeného odnosu Pb z povodí, ani zvýšené nebezpeí pro zdraví vodních organism lovka
vinou neurotoxických vlastností Pb.
Akoli mnoho studií prokazuje korelaci mezi množstvím rozpuštného organického uhlíku
a množstvím olova v odtoku z povodí, data ze sít GEOMON tuto závislost nepotvrdila.
V posledních letech se zvyšují koncentrace DOC (a tím pádem i aniont organických kyselin)
v odtoku. Dvodem mže být zachování elektroneutrality vody pi výrazném úbytku aniont
silných anorganických kyselin v dsledku zvratu acidifikace i klimatická zmna. Zvyšující
se teploty a množství DOC neprokázaly vliv na množství olova v odtoku a studie tak
neprokázala vliv klimatické zmny na odtok olova ze zkoumaných povodí.
Výsledky zkoumání pomr etností stabilních izotop síry ukázaly, že izotopy S jsou
vhodným znakovaem cest disperze antropogenní síry v ekosystémech. Na základ
hodnocení izotop síry je rovnž možné stanovit, zda neznámé, dosud nestudované povodí
síru exportuje nebo akumuluje.
Jako další výstup projektu bylo zaazeno porovnání výsledk regionálního mapování
základních složek charakterizujících chemismus povrchových vod eské republiky
uskutenného v GS v letech 1984–96 a 2007–10 s výsledky monitoringu malých povodí
GEOMON. Toto srovnání umožnilo stanovit vrohodnost extrapolace regionálních dat na celé
území republiky a její omezení. Shoda mené a extrapolované hodnoty se ukázala u 32 %
hodnot a mírné nadhodnocení pípadn podhodnocení extrapolovaných hodnot oproti
meným se ukázalo u dalších 20 % hodnot. Lze konstatovat, že výše uvedená úrove shody
ukazuje, že pi srovnatelných geografických podmínkách lze povodí sít GEOMON
považovat za reprezentativní.
Píkladem zpracování hydrologické bilance je vyhodnocení jednoho ze sledovaných povodí
v síti GEOMON, a to Lysina ve Slavkovském lese. Malé lesní povodí Lysina bylo na ukázku
vybráno proto, že reprezentuje extrémn antropogenn acidifikované povodí stední Evropy.
Pro modelování hydrologického cyklu v malých povodích byl použit model RETU.
Modelování datových ad v letech 2001 až 2010 ukázalo, že model RETU umožuje
v mítku hodin a dn pedpov a modelování vzniku extrémních hydrologických jev, jako
5

jsou bleskové povodn z pívalových deš. Model RETU tak mže sloužit jako pedpovdní
program pro lokální výstražné systémy ped bleskovými povodnmi. V mítku roku slouží ke
studiu vodního režimu pd a povodí a srážko-odtokového vztahu a hodnocení jejich stability
i extremity. Výsledky simulací modelem RETU rovnž ukázaly, že v horských podmínkách
s nevýraznými zásobami mlké podzemní vody je retence vody v pd podstatným faktorem,
který rozhoduje o charakteru hydrologického cyklu a o produktivit fytomasy.
V rámci projektu byl vytvoen koncepní model napájení a tvorby odtoku z povodí na základ
analýzy stabilních izotop kyslíku, dusíku a síry. Pro poteby tohoto vyhodnocení byla
sledována ti povodí (Liz, Lesní potok, ervík), kompletní ady dat se podailo dosáhnout
u povodí ervík v Beskydech, a proto bylo detailn vyhodnoceno práv toto povodí. Na
základ analýzy výsledk byly získány cenné poznatky o formování odtoku v malém povodí.
Vytvoený koncepní model odtoku dobe charakterizuje napájení i tvorbu odtoku
v podmínkách malého povodí. Infiltrující srážky se mísí s mlkou podzemní vodou a tvoí
odtok s rychlou odezvou na srážky. Podíl podzemní vody v odtoku je vysoký, piemž
infiltrující srážky jsou zpoždny o nkolik týdn. Z hlediska reakce povodí na srážky je
významný odhad velikosti zvodn a jejího zaplnní. Poznatek, že zaplnní zvodn zvyšuje
odtokové množství pi shodných srážkách je v souladu s poznatky získanými pi aplikaci
modelu RETU, ehož bylo využito pi návrhu systému vasného varování ped bleskovými
povodnmi.
Vyhodnocení trend v mených odtokových adách na všech povodích sít GEOMON
nepineslo jednoznanou odpov na otázku, zda dochází ke zmnám v odtokovém režimu
v dsledku pozorovaných zmn klimatu. Napí povodími nedochází ke statisticky
významným poklesm nebo nárstm odtok v nkterém msíci nebo roním období. Pouze
u dvou povodí byl zaznamenán statisticky významný dlouhodobý nárst v prmrných
msíních odtocích a to v msíci únoru na povodích s delšími pozorovanými adami Uhlíská
(od roku 1982) a Lysina (od roku 1989). V tchto dvou povodích se mže jednat o dsledek
odlesnní vlivem exhalací v oblasti Krušných hor. Pevážn to ukazuje, že odtokové ady
povodí GEOMON doposud nereagují na nárst teploty, který by ml mít za následek posun
jarních maxim do dívjšího období. V prbhu vegetaní sezóny (kvten-íjen) se ukazují
statisticky významné poklesy odtoku na povodích Uhlíská (erven a srpen), Lysina
(ervenec), U Dvou Louek (erven), Polomka (ervenec), Salaova Lhota (záí).
V podzimních až zimních msících docházelo k poklesu pouze u dvou povodí Spálenec
(prosinec) a Salaova Lhota (listopad – leden).
Pro doplnní komplexního pohledu na procesy probíhající na úrovni povodí jako ekosystému
bylo do projektu zahrnuto i hydrobiologické vyhodnocení vybraných povodí sít GEOMON.
Toto vyhodnocení bylo provedeno pro devt povodí a pedstavuje cenný výstup projektu,
který dokumentuje vztah mezi biodiverzitou makrozoobentosu a hydrochemií. Hlavním
závrem bylo zjištní výrazné závislosti biodiverzity na kyselosti vod, kdy dle oekávání
dochází k významnému poklesu potu taxon v nejkyselejších tocích.
Pedpokládaný vývoj hydrologického režimu a látkových tok
Pro úely hodnocení dopad oekávané klimatické zmny na hydrologický režim v nkolika
asových horizontech k rokm 2025, 2050 respektive 2055 a 2085 byly využity modely SAC-
SMA, BROOK90 a SWIM. Použití modelu BROOK90 bylo výsledkem vzájemné spolupráce
pracoviš eské geologické služby a Ústavu pro hydrodynamiku AV R, v.v.i.
6

Z celkových tendencí vyplývá, že bezprostedn, tj. v nejbližších desetiletích lze sice
oekávat pi mírnjším zvýšení teploty a slab vydatnjších srážkových úhrnech situaci
z hlediska zdroj vodních zásob celkov píznivou, avšak pi postupn se zvyšující teplot
zesilují podle scénáe k roku 2055 nepíznivé vlivy.
Byly provedeny simulace vlivu klimatické zmny na hydrologický cyklus stedn velkých
povodí (Cidlina, Otava, Malše) modelem SWIM, které potvrdily možnost generalizace
získaných poznatk na malých reprezentativních povodích (0,22 až 2,62 km 2) na povodí
s vtší rozlohou (437 až 1 720 km 2 ). Simulace ukázaly, že na všech sledovaných stedn
velkých povodích by mlo dojít k poklesu prmrných msíních prtok do roku 2050.
Pokles by ml být nejvýraznjší v jarním období (s maximem v dubnu), kdy by se mlo
snižovat maximum pocházející z tání snhové pokrývky. Mírn vyšší pokles prmrných
msíních prtok by ml nastat v nížinném povodí Cidliny, kde by se mlo zvyšovat již dnes
aktuální riziko vysychání toku v letních a podzimních msících. Významným faktorem
probíhající klimatické zmny bude také zmna množství a prostorového rozložení pdní
vláhy. Na vybraných stedn velkých povodích bylo zjištno, že zimní a jarní nasycení pdy
vodou by mlo kopírovat souasné hodnoty. Nicmén významné poklesy by mly být
zaznamenány od léta a vrcholit v podzimních msících a to zejména v dolních ástech povodí.
Z hlediska pokraování výzkumu lze doporuit vylepšení simulací hydrologické komponenty
modelu, kde je teba soustedit se na metodu výpotu kulminaních prtok, které obecn
nejsou pesn odhadovány.
Pedevším je ovšem teba mít na zeteli podmínky indikované pro relativn vzdálený asový
horizont k roku 2085. Podle srážko-odtokových simulací lze oekávat pi zcela zetelném
zvýšení teplot a soubžn vtšinou mírných zmnách srážkových úhrn vesms snížení
odtok, nejzetelnji pedevším u malých povodí v níže položených pahorkatinách. Výsledky
simulací modelem BROOK90 ukázaly, že nárst teploty a perozdlení srážek v prbhu roku
s poklesem v letních msících a nárstem v zimních msících dle rzných scéná vývoje
klimatu pro horizont k roku 2085 by ml za následek významné zmny v hydrologické bilanci
povodí sít GEOMON. V pípad evapotranspirace je obecn oekáván nárst, avšak na
nkterých povodích by mohlo docházet v letních msících až k poklesu evapotranspirace
v dsledku omezení dostupné vody. Oekávaný nárst evapotranspirace v jarních msících
pak ukazuje na dívjší zaátek vegetaní sezóny. Simulace budoucího odtokového režimu
ukázala, že bude docházet k významnému poklesu odtok v letních a podzimních msících.
To by v pípad nkterých pramenných povodí zejména tch v nižších nadmoských výškách,
kde jsou pirozen menší srážkové úhrny a vyšší teplota v porovnání s povodími v horských
oblastech, vedlo až k pravidelnému vysychání tok v prbhu letních msíc. V pípad
povodí ve vyšších nadmoských výškách s vtšími zásobami snhové pokrývky v zimních
msících by docházelo k výraznému posunu jarních maxim a zkrácení délky období se
snhovou pokrývkou. U nkterých níže položených povodí se v dsledku nárstu teploty nedá
v prbhu zimních msíc oekávat výskyt souvislé snhové pokrývky. Do budoucna je teba
více se zamit na použití distribuovaných hydrologických model, které umožní zpesnní
dopad na úrovni jednotlivých experimentálních povodí. S tím souvisí i nutnost zpesnní
klimatických vstup do model, které jsou v souasném nízkém rozlišení pro tyto úely
obtížn použitelné. Z toho dvodu je teba zamit se na vývoj vhodných korekních metod,
jejich verifikaci a následné rozbory úinku na výsledky studií. Jedin tak je možné
kvantifikovat nejistotu spojenou s odhady budoucího vývoje. Draz na modelování ve vtším
rozlišení by mohl napíklad pomoci lépe objasnit vliv souasného zpsobu lesního
hospodaení (napíklad postupná zmna druhového složení lesa, vytváení holin tžbou) na
odtokový režim v podmínkách oekávaného budoucího klimatu. Nárst teplot a pokles
7

obsahu pdní vody v pdním horizontu v kombinaci s intenzivním lesním obhospodaováním
by mohl mít za následek napíklad zvýšenou pdní erozi.
V rámci projektu byly rovnž splnny cíle zamující se na geochemické modelování,
konkrétn se jednalo o vytvoení bilance ekologicky významných prvk (uhlík C a dusík N) a
jejich slouenin pi zmnných hydrologických pomrech, vytvoení „realistického“ a
dynamického pístupu k modelování vývoje chemismu povrchových vod a pd pomocí
geochemického modelu MAGIC, vyhodnocení možných rizik spojených s narušením
ekosystémových funkcí (retence dusíku, regenerace z acidifikace) v dsledku výskytu
abnormálních jev (povode, sucho), kvantifikování kritických a cílových zátží s využitím
geochemického modelu VSD v návaznosti na klimatické scénáe.
Vliv klimatické zmny na biogeochemické cykly ekologicky významných prvk byl v rámci
projektu zkoumán za použití modelu MAGIC. Budoucí výhled nastínný do roku 2085 je ve
zpráv dokumentován na píkladu povodí Lysina. Pedpokládané klimatické zmny budou mít
na prmrný roní chemismus jen malý vliv, a to i pesto, že redukce odtoku v pesimistickém
scénái je relativn znaná. Dvodem je vysoký stupe acidifikace jinak pirozen kyselého
povodí. Hlavní promnnou, která chemismus vod ídí, jsou zmny velikosti kyselé
atmosférické depozice. Ekologický stav potoka tak zstane nevyhovující pedevším
v dsledku psobení kyselé depozice a lesnického hospodaení v povodí.
V prbhu ešení projektu byla dále pozornost zamena na novou verzi (7ext)
biogeochemického modelu MAGIC, která vychází z modelování kolobhu pdní organické
hmoty a tak koncepn pesnji reprezentuje reálné pochody v pdním prostedí ve srovnání
s pedchozími verzemi modelu. Nová verze modelu MAGIC byla kalibrována a testována na
tech dlouhodobých monitorovacích stanicích v eské republice (Naetín, Lysina, ertovo
jezero na Šumav). Lze konstatovat, že zlepšená schopnost modelování dusíkového cyklu
vedla k lepší predikci celkového chemismu pd, pdních roztok a povrchových vod na
studovaných plochách.
Pi ešení projektu bylo nutné se zabývat rovnž studiem kolobhu uhlíku ve spojitosti
s pozorovanou zmnou klimatu. Bylo zjištno, že regenerace z acidifikace významn
ovlivuje kolobh uhlíku a dusíku v lesních ekosystémech. Vazba mezi úrovní kyselosti
prostedí a kolobhem C a N není v souasné dob ádn zahrnuta ve vstupních globálních
modelech kolobhu uhlíku používaných pro biogeochemické modely, piemž zjištné
výsledky mohou významn ovlivovat smr jakým lesní ekosystémy hospodaí s uhlíkem.
Hlavním závrem je konstatování, že regenerace z acidifikace zpsobila výrazný pokles
zásoby pdního uhlíku.
Souástí projektu bylo rovnž stanovení kritických a cílových zátží s využitím modelu
VSD+ a vstupních parametr hydrologických model a pedpokládaných klimatických
scéná.
Výhody použití modelu VSD+ spoívají v možnosti simulace proces obhu dusíku a uhlíku
a propojení na vegetaní modely, což umožuje pesnjší stanovení kritických zátží.
Výsledky ešení tohoto projektu napomáhají pi tvorb a revizi protokol CLRTAP (Úmluva
o dálkovém zneišování ovzduší pesahujícím hranice stát). V roce 2010 data z monitoringu
malých lesních povodí, konkrétn údaje o vyplavování dusíku z malých povodí a
atmosférické depozici dusíku, pispla k revizi empirických kritických zátží ekosystém se
smrkovým porostem (kategorie EUNIS G 3.1).
8

Adaptaní opatení
V souasné dob dochází vlivem zmny klimatu k extremalizaci hydrologického cyklu se
všemi negativními dsledky. V podmínkách eské republiky tak mžeme pozorovat astý
výskyt intenzivních konvektivních srážek v letním období, které mají za následek pívalové
povodn s mnohdy katastrofálními následky a naopak prohlubující se a stále astji se
opakující sucha hydrologická i hydrometeorologická. Pro úely kompenzace a minimalizace
dopad extrémních hydrologických jev vyvolaných probíhajícími klimatickými zmnami je
vhodné pijímat a realizovat adaptaní opatení. Ta by v našich podmínkách mla být
zamena pedevším na to, aby byl kompenzován pokles prtok i vydatnost vodních zdroj a
na druhé stran aby byl minimalizován dopad pívalových povodní (tzv. bleskových),
zejména v horských a podhorských oblastech. Pi návrhu, pijímání a realizaci adaptaních
opatení na zmenšení dopad klimatických zmn v krajin a vodních tocích je však žádoucí
posuzovat vliv a efektivnost konkrétních opatení kvantitativn a to na základ hodnocení
vodní bilance. Z hlediska zdroj je nutné hodnotit bilanci hydrologickou, zatímco na stran
využívání vod je teba se zabývat bilancí vodohospodáskou.
Významnou ástí projektu byl tedy návrh ekostabilizaních a adaptaních opatení a to jak
v obecném smyslu, tak i pro konkrétní povodí Arnoštského potoka u Vimperka jako podklad
pro územní plán. Dále byly vytvoeny mapy zobrazující podklady pro posílení stability
hydroekosystém a to pro povodí Lysina, Pluhv bor, Liz a U dvou louek.
Smyslem adaptaních opatení na malých povodích je zmírnit potenciální negativní dopady
klimatické zmny na biologickou rozmanitost a ekosystémové služby. Pitom by se mla
zvýšit ekologická stabilita krajiny a uchovat stav biologické rozmanitosti. Pi návrhu
ekostabilizaních a adaptaních opatení je teba vycházet z toho, že je cílem navrhnout
taková opatení, která budou výrazn zpomalovat odtok vody z území R, posilovat tvorbu
zásob podzemních vod a chránit pdní pokryv ped erozí a jinými procesy degradace. V dob
extremalizace hydrologických proces s asto vyskytujícími se intenzivními srážkami, které
mají za následek pívalové povodn, je vhodné provádt preventivní a technická (strukturální)
opatení. Preventivní opatení spoívají pedevším ve zvýšení retenní schopnosti krajiny
v povodí. V dnešní dob se stále astji hovoí o tzv. pírod blízkých protipovodových
opateních. Retenní schopnost krajiny se významn liší v závislosti na rozdílných
charakteristikách reliéfu, pd a vegetaního pokryvu. Tebaže krajina není schopna zachytit
veškerou srážkovou vodu z pívalových srážek, jsou v ní prostory, kde je voda krátkodob i
delší dobu zadržována. Pitom i krátkodobé zadržení vody v krajin je píznivé, protože se
zpomaluje koncentrace odtoku vody do koryt vodních tok, povode trvá déle, ale má nižší
vrchol a menší kinetickou energii. Z hlediska zpomalení odtoku z krajiny mají nejpíznivjší
vlastnosti lesní porosty, avšak i na zemdlské pd lze realizovat adu protipovodových
opatení.
Metodiku zpracování geologických podklad, použitou pro návrh posílení stability
hydroekosystém ve vybraných povodích sít GEOMON lze, vhodn modifikovanou, použít
jako jeden z podklad pro zpracování informací o pírodních pomrech uritých vtších ástí
území eské republiky. Pevedení mapových podklad do prostedí GIS (digitalizace)
umožnilo lepší práci s výsledky projektu a jejich zobrazení v rzných mítcích a v rzném
detailu.
Vzhledem k tomu, že každoron na území R dochází k 60 – 100 bleskovým povodním,
které poškozují obce zejména na horních ástech tok a v podhorských i horských oblastech,
byl v rámci projektu navržen lokální výstražný systém, umožující detekci nebezpeí výskytu
bleskových povodní. Z mechanism jejich geneze vyplývá, že nelze jednoznan spoléhat na
to, že budou vas detekovány systémem celostátní integrované výstražné služby. Analýza
9

izikových faktor vzniku bleskové povodn v malém horském povodí umožuje lépe
pochopit mechanismy tvorby extrémních odtok na malých povodích, zejména podíl staré
(pdní) a nové (dešové) vody v jednotlivých fázích odtoku. Z poznatk experimentáln
získaných na malém povodí byl navržen a ve zpráv popsán nový lokální výstražný systém
detekující výskyt kombinace ty rizikových faktor (pesycení pdního pokryvu vodou,
hydrofobie pdního povrchu, gravitan destabilizované proudní vody v pd a extrémní
srážky), které rozhodují o vzniku bleskové povodn. Navrhovaný systém pispje ke zvtšení
asového pedstihu výstrahy ped vznikem bleskové povodn a ke zmenšení potu falešných
výstrah a mohl by tak pinést zmenšení rizika ztrát na životech a majetku. Pístrojová
základna systému je vysoce sofistikovaná a konkurence schopná i v mezinárodním mítku.
V projektu byla rovnž vnována pozornost vyhodnocení zmn krajinného pokryvu a
ekologické stability na území eské republiky na základ porovnání zmn mezi lety 1990-
2006 (novjší data o krajinném pokryvu zatím nejsou k dispozici). Tato ást projektu je
empirickým doplnním navrhovaných praktických opatení ke zmírnní negativních dopad
klimatické zmny na hydrologickou bilanci a aplikací poznatk z experimentálních povodí
GEOMON na celorepublikovou úrove. Zmny byly stanoveny na úrovni povodí, nebo
vegetaní kryt povodí má vliv na formování odtoku v povodí (intercepce vody na rostlinném
povrchu, retence vody v pd), erozi pdy, hydrochemické procesy, interakci atmosférarostlina-pda,
aj. Nejvýznamnjším procesem ovlivujícím retenci a infiltraci vody v povodí
je nárst urbanizovaných ploch, projevující se snížením koeficientu ekologické stability.
Výrazn tak mže být dotena nejen infiltrace vody do pdy a její retence, ale rovnž
biodegradaní funkce pdy, sekvestrace uhlíku nebo disipace slunení energie. Všechny tyto
dopady mohou být ješt zesíleny v dsledku zmny klimatu. Pedstavená analýza ukazuje, že
nejzranitelnjšími povodími jsou ta, ve kterých došlo v období 1990-2006 k velkoplošnému
záboru zemdlské pdy rezidenní i komerní výstavbou. Novjší data zachycující aktuální
stav krajinného pokryvu nebyly k dispozici, nicmén nelze oekávat, že by se v tchto
povodích situace po roce 2006 výrazn zlepšila. Naopak je možné pedpokládat, že se díky
neustále probíhajícímu nárstu urbánních ploch i po roce 2006 situace v ad dalších povodí
oproti zachycenému stavu zhoršila.
Shrnutí výsledk
Hlavní cíl projektu byl zamen na studium hydrologických a hydrochemických proces
v uzaveném povodí v dob probíhající klimatické zmny a extremalizace hydrologického
cyklu. Pitom byla využívána dlouhodobá pozorování v síti trnácti malých reprezentativních
povodí GEOMON s plochou 0,22 až 2,62 km 2 . Jako nástroje odhadu hydrologické a
hydrochemické odezvy v povodích na pedpokládaný klimatický vývoj, který byl do úvah
promítnut pomocí scéná klimatické zmny, byly využívány hydrologické a hydrochemické
modely.
Výsledky srážko-odtokových simulací ukázaly, že nárst teploty a perozdlení srážek
v prbhu roku s poklesem v letních msících a nárstem v zimních msících dle rzných
scéná vývoje klimatu pro asový horizont 2071 – 2100 by ml za následek významné
zmny v hydrologické bilanci pramenných oblastí.
Simulace budoucího odtokového režimu pramenných povodí ukázala posun smrem
k vyššímu výskytu extrémních hydrologických situací a poklesy odtok v letních a
podzimních msících, které by mohly vést v pípad níže položených povodí až
k pravidelnému vysychání tok. Zárove se však pedpokládá zvýšený výskyt povodových
stav zpsobených pívalovými srážkami.
10

Klíové studie budoucího vývoje hydrologického režimu byly provedeny na malých
povodích, která pedstavují mozaiku eské krajiny a jejich specifický odtokový režim
vyžaduje trvalou a kontinuální pozornost. Možnost zobecnní získaných poznatk a jejich
platnost v povodích s vtší rozlohou byla prokázána provedením modelových ešení na
vtších povodích (437 až 1720 km 2 ).
V mítku malého povodí se podailo prokázat, teoreticky popsat a matematicky namodelovat
gravitan destabilizované proudní v pd. Tento jev spolu s dalšími rizikovými faktory
(pesycení pdního povrchu vodou, hydrofobie pdního povrchu) vedle intenzivních srážek
výrazn pispívá k formování náhlých povodní z pívalových deš. Jako jeden z významných
výstup projektu byl navržen systém vasné výstrahy ped náhlými povodnmi, který využívá
nov získané poznatky o hydrodynamických mechanismech tvorby odtoku z malých povodí.
V dob extremalizace hydrologického cyklu dochází v R ke stále vtšímu potu tzv.
bleskových povodní, které se vyskytují zejména na horních ástech tok a v podhorských i
horských oblastech. Formují se výhradn v letním období v lokálním mítku a mají asto
katastrofální lokální dsledky. Tento druh povodní lze sice ze synoptických situací
pedpokládat, ale nikoliv pedpovdt pesn. Bleskové povodn v dsledku svého malého
plošného rozsahu zpravidla nejsou vas detekovány systémem integrované výstražné služby.
V rámci projektu navržený systém mže významn pispt k redukci škod zpsobovaných
náhlými povodnmi.
Dalším cílem projektu byl návrh adaptaních opatení na zmnu klimatu, a sice na základ
poznatk získaných za použití experimentáln získaných dat v síti malých reprezentativních
povodí a metod matematického modelování. V projektu byla navržena možná ekostabilizaní
a adaptaní opatení, a to jak v obecné rovin, tak ve form konkrétn zpracovaných návrh
pro vybrané pilotní pramenné oblasti.
Vliv zmny klimatu pravdpodobn bude mít významný dopad na všechny složky biosféry ve
zkoumaných malých povodích. To si vyžádalo multidisciplinární pístup k ešení projektu a
vedle vyhodnocení dlouhodobých trend v odtoku z modelových povodí byla pozornost
zamena rovnž na vyhodnocení látkových tok a bilancí látek v tchto povodích. Krom
vyhodnocení dlouhodobých ad byl modelován vliv zmny klimatu na biogeochemické cykly
ekologicky významných prvk a vývoj chemismu povrchových vod byl simulován pomocí
geochemického modelu.
11