mac Umba

Vodní toky - úvod
Náplň předmětu
Předmět Vodní toky na FSv je zaměřen na tyto oblasti
charakter toku ve vazbě na hydrologické podmínky povodí
přirozené morfologické procesy a vývojové tendence na
neovlivněném vodním toku
hydraulika proudění v korytě toku a interakce toku s okolním
prostředím
technická opatření na vodním toku (úpravy)
obnovu a podporu přírodního charakteru toku (revitalizace toku)
vodní tok v urbanizovaném prostředí (rizika vers. přínosy pro
společnost)
správní a provozní činnost na vodním toku a jeho ekonomika
legislativa a vodohospodářské plánování v území hlavních povodí ČR
Význam předmětu
Poznatky pro návrh realizace a posouzení účinků významných vodních
staveb a činností na toku ovlivňujících
hydrologický a morfologický charakter toku (přeložky toků - důlní
činnost, odlehčovací kanály- součást protipovodňové ochrany území,
úpravy toku)
riziko pro obyvatelstvo v blízkosti toku (změna transportní a
průtočné kapacity koryt vodních toků)
efektivní návrh staveb v blízkosti toků
ochrana přirozeného režimu toku
Pohled na vodní tok
1.
2.
3.
4.
5.
Vodní tok je páteří krajiny (říční síť, distribuce vody na zemském
povrchu).
Určující prvek v osidlování krajiny (velká města vždy u toku).
Toky se mění v čase i prostoru jako nic jiného na Zemi.
Tok je vnímám jako „jednotka“ (od pramene k moři)
Málokdo zná „svou řeku“ celou – ne lineární kontinuum ale
izolované úseky
Aglomerace v blízkosti toků
vznikající mega-aglomerace (propojení 12 měst - 42 mil. obyv.)
v deltě řeky Si-tíang (Perlová řeka) – splavná od Wu-čou, podél toku
a přítoků cca 2000 km ochranných hrází
Zájmy na toku
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Obživa - rybolov, první rozsáhlé dopravní cesty
Zdroj vody a recipient pro vypouštění „použitých“ vod – jakost
vody, hygiena, rituál
Povodňová ochrana, urbanismus 18.-19. století (cílená regulace v
zástavbě – dostupnost vody ale i ochrana před ní).
Plavba (přepravní cesta), hydroenergetika (obnovitelný zdroj) –
zásahy do ekosystému tekoucích vod
Více zájmů – konflikty, třeba rozumné užívání +ochrana
(akcentováno 20.-21. století)
Estetika ( co je krásné, co přírodní, …)
Přirozený x ovlivněný vývoj
Přirozený VT ( v dnešní krajině ? – prakticky nelze najít)
Toky ovlivněné dominantními přirozenými procesy (např. koryta řek
v Bangladeši – přirozené procesy převládají nad vlivem člověka)
Většina toků ovlivněna lidskou činností související s využíváním
vodního toku a okolního území
Faktory přirozeného vývoje říční sítě
Endogenní síly (vývoj zemské kůry – hlubinné pochody,
přesuny ker, seismicita, okamžité projevy)
Geologické složení zemského povrchu (pokryvných
útvarů)
Morfologie povrchu
Exogenní projevy (eroze vodní, větrná , biologická nebo
chemická koroze, dlouhodobé projevy)
Vsakovací schopnosti zemského povrchu (infiltrace,
povrchový odtok, podpovrchový odtok)
Množství atmosférických srážek
Mechanický účinek vegetace
Topografie povrchu Země
Rozložení srážek na Zemi
Hlavní světová povodí
Atlantský oceán 40% pevnin, Arktický oceán 13%, Tichý oceán
11,5%, Indický oceán 11%, Antarktický oceán 8%, pevnina bez
odtoku 16,5%
Bezodtoké (erdorheic) oblasti
např. Kaspické moře, Aralské j.,…, Mrtvé moře
Řeky světa
Řeky Evropy
Řeky Evropy
Řeky Asie
Řeky severní Ameriky
Řeky USA
Řeky jižní Ameriky
Řeky Afriky
Řeky Austrálie
1 – Murray r.
2 – Darling r.
3
3 – Macumba r.
4 – Cooper cr.
4
2
1
Historie říčního inženýrství v ČR
Na našem území souvisí především s úpravami vodních toků se snahami o aktivní
ochranu před velkými vodami a jejich hospodářské a dopravní využití.
XV.-XVI. stol. silný rozvoj rybničního hospodaření v Čechách (v té době bylo
jen v Čechách přibližně 25 000 rybníků) – výstavba náhonů na přivádění a
odvod vody z rybničních soustav, využití vodní síly (mlýny), plavení dřeva,
zásobování vodou, převody vod mezi povodími
Oblast horního Labe – pardubická a chlumecko-cidlinská rybniční soustava
(Vilém z Pernštejna)
Oblast Třeboňska – jihočeská rybniční soustava (Štěpánek Netolický, Jakub
Krčín) s díly Zlatá Stoka ( napájení soustavy) a Nová Řeka (odlehčovací
kanál z Lužnice do Nežárky)
Podpora přirozené splavnosti řek, začátkem XVIII. stol. stát se podílí na
udržbě splavnosti Vltavy, přelom XVIII./XIX. stol. Schwarzenberský kanál
vodní kanál pro splavování dřeva ze šumavských lesů do Vltavy a k Dunaji
1883 usnesení zemského sněmu o soustavných úpravách toků
1901-1907 vodocestné zákony
Současnost říčního inženýrství
Vodní zákon 138/1973 Sb., přepracován v důsledku společenských změn a
povodně r. 1997 na 254/2001 Sb., postupně řada změn: 76/2002 Sb., 320/2002
Sb., 274/2003 Sb., 20/2004 Sb., 413/2005 Sb., 444/2005 Sb., 222/2006
222/2006 Sb., 342/2006 Sb.,
186/2006 Sb., 25/2008 Sb., 167/2008 Sb., 181/2008 Sb.
Koncepce státní správy vodohospodářsky významných vodních toků pomocí
odborných organizací - podniky Povodí, s.p.
Drobné vodní toky - Zemědělská vodohospodářská správa (ZVHS) (pozor!!!!
od 1.1.2011 transformace ZVS a předání kompetencí při správě), Lesy ČR,
s.p., obce (např. v Praze MHMP – Odbor ochrany prostředí – údržba Lesy hl.
m. Prahy ).
SVP - směrnice pro systematické plánování v oblasti vod, poměrně unikátní
koncepce plánování v celosvětovém měřítku, musí z něho vycházet
vodoprávní úřady při rozhodování.
1949-1953 jako Státní vodohospodářský plán republiky Československé,
zásady hospodaření s vodami dle zákona č.11/1955 Sb., priorita - pokrývání
požadavků na zdroje vody.
1975-1976 Směrný vodohospodářský plán ČSR (dosud platný s dílčími
změnami), zakotven v 138/1973 Sb., zdůrazněn i požadavek ochrany
vodních útvarů a příslušných ekosystémů
SVP nyní musí vyhovět všem požadavkům Rámcové Směrnice pro politiku
Evropského společenství v oblasti vody 2000/60/EC (WFD)
Plánování - oblasti povodí
Současnost říčního inženýrství
Plán hlavních povodí ČR (pořizují kompetentní ministerstva – MZe, MŽP +
dotčené ústřední správní úřady a KrÚ)
Plány oblastí Povodí (pořizují správci povodí + příslušné KrÚ) – konečný
návrh přijat 12/2009
obsah:
1. Už
Užívání vod a jeho vliv na stav vod
2. Stav a ochrana vodní
vodních útvarů
tvarů
3. Ochrana př
před povodně
povodněmi a vodní
vodní rež
režim krajiny
4. Odhad dopadů
dopadů opatř
opatření
ení na stav vod
5. Ekonomická
Ekonomická analýza už
užívání vod
Opět v souladu s legislativou EC
Říční síť ČR
Celková délka říční sítě je 59 890 km, z toho asi ¼ délky jsou toky
vodohospodářsky významné (14 120 km)
Správa povodí
Správu vodohospodářsky významných toků vykonávají podniky Povodí, s.p.,
Na správě drobných vodních toků se podílí celá řada subjektů
Mezinárodní toky
Území ČR je rozvodí hlavních evropských toků, povodí Labe, Odry, Moravy
patří k mezinárodním oblastem povodí Labe, Odry a Dunaje.
Vody odtékající z ČR – sledována kvantita i kvalita
Tok - definice
Vodní tok (VT) §43 254/2001 Sb. – povrchové vody tekoucí vlastním
spádem v korytě trvale nebo po převažující část roku, a to včetně vod v
nich uměle vzdutých ( i vody ve slepých ramenech, úseky přechodně
tekoucí v přirozených podzemních dutinách nebo úseky zakryté). Rozhoduje
vodoprávní úřad.
Koryto VT §44 – pozemek evidovaný v katastru jako vodní plocha, přes
který teče vodní tok; část pozemku zahrnující dno a břehy koryta až po
břehovou čáru určenou hladinou vody, která se nevylévá do přilehlého
území.
Řeka (river)
Řeka je přirozeným vodním tokem (stream, water course) . Ve srovnání s potokem má
obvykle větší průtok (flow rate, discharge), délku nebo rozlohu povodí (river basin,
catchment, watershed)
Tok řeky můžeme rozdělit do tří částí:
horní tok, s převahou eroze (erosion), charakteristické je říční údolí ve tvaru "V" s
minimem usazenin
střední tok, kde se projevuje eroze i sedimentace (sedimentation), říční údolí je plošší a
s již významným podílem usazenin (sediments, deposits). Koryto toku má tvar písmena
"U".
dolní tok s převahou sedimentace – údolí je velice ploché, díky masivní sedimentaci
vznikají rozsáhlé říční nivy (alluvial plain).
Další pojmy:
Potok, bystřina, veletok, pramen , ústí , delta, soutok, zdrojnice, meandr
Meandr
Meandr je zákrut řeky, způsobený boční erozí – vymíláním břehů na jedné straně a
usazováním na straně druhé. Na tvar říčních meandrů má vliv i Coriolisova síla. Rozdíl
mezi prostým říčním zákrutem a meandrem bývá stanoven normativně, obvykle se
udává, že středový úhel oblouku musí být větší než 180°.[1] Břehy meandrů se nazývají
jesepní (vnitřní břeh) a výsepní (vnější břeh). Někdy může dojít k protnutí šíje meandru a
vzniku okrouhlíku. Následným zahloubením říčního koryta se může meandr zcela oddělit
od říčního toku a vznikne mrtvé rameno řeky, meandrové jezero.
Meandry volné se vytvářejí v náplavových rovinách středních a dolních toků řek tam,
kde se zpomaluje rychlost vodního toku a dochází k usazování unášeného materiálu.
Volné meandry jsou charakteristické svou proměnlivostí, řeka neustále zvolna přemisťuje
svůj tok. Volné meandry se pohybují postupně po směru toku. To je dáno tím, že nejvíce
nejsou vystaveny boční erozi nárazové břehy ve vrcholu oblouku, ale v určité vzdálenosti
po proudu. Tímto způsobem dochází nejen k posouvání meandrů, ale může dojít k
protnutí šíje meandru. Z opuštěných meandrů se stávají slepá a mrtvá ramena.
Typickými příklady jsou dolní tok Moravy či Labe v Polabské nížině.
Meandry zakleslé, též meandry zaklesnuté, vznikají v místech, kde řeka vytváří
hluboké údolí v tvrdých horninách. V takových místech řeka snadno své koryto přemístit
nemůže a zařezává se hlouběji. Jako příklady lze uvést střední tok Vltavy či Dyje.
Meandr
Meandry volné
Meandry zakleslé
Říční kategorie - hydrologický řád (počet posloupných
zaústění)
Řeky jsou rozděleny podle ústí do následujících kategorií:
řeka I. kategorie je řeka, která ústí přímo do moře (v ČR jsou takovéto řeky jen dvě –
Labe a Odra )
řeka II. kategorie je řeka, která ústí do řeky I. kategorie (v ČR např. Vltava, Morava,
Ostravice)
řeka III. kategorie je řeka, která ústí do řeky II. kategorie (v ČR např. Sázava, Dyje)
řeka IV. kategorie je řeka, která ústí do řeky III. kategorie (v ČR např. Svratka,
Úslava)
pátá kategorie se už nezavádí, i když i takové řeky existují
Pořadí toku – hierarchizace přítoků v říční síti (Horton-Strahlerovo číslo)
Popis toku – staničení, (říční kilometráž)
Říční kilometr udává kilometrickou vzdálenost určitého místa na vodním toku od ústí
této řeky nebo potoku do jiného toku nebo vodní plochy.
Nultý říční kilometr je situován k ústí řeky a směrem proti proudu se kilometry přičítají.
Toto obrácené pořadí je dáno tím, že je většinou velmi obtížné přesně určit počátek
vodního toku, jelikož pramen je často špatně dohledatelný, či je časté, že se pramen s
časem pohybuje. Oproti tomu soutok, či ústi toku je dobře definovatelné a ve většině
případu pevně dané (výjimku tvoří říční delty, které vytvářejí rozsáhlé plošiny a
posunují ústí toku).
Říční staničení je vyznačení podélné polohy na řece pomocí pravidelně rozmístěných
tabulí, nápisů či podobných značek na břehu řeky. Kilometráž se někdy počítá zvlášť
pro dílčí úseky řeky, například od státních hranic. Pro Labe od Mělníka výše se používají
dvě různé kilometráže: buď od soutoku s Vltavou, nebo od česko-německé státní
hranice.
Patník na soutoku
toků
Kilometrovník u
plavební cesty Labe
Nultý kilometr na Labi na
CZ-D hranici
Popis toku – statistické údaje (délka toku, průtok, plocha povodí)
Délka toku (od pramene k ústí)
Průměrný průtok
Amazonka – 219 000 m3/s
Kongo – 41 800 m3/s
Maghna (společné ústí řek Maghna, Ganga, Brahmaputra – 39 000 m3/s
Řeky s největším povodím
Amazonka – 6 915 000 km2
Kongo – 3 680 000 km2
Nil – 3 400 000 km2
Povodí
Povodí je oblast, ze které voda odtéká do jedné konkrétní řeky či jezera. Hranice
mezi dvěma povodími se nazývá rozvodí. Všechna povodí konkrétního moře či oceánu
pak nazýváme úmoří.
Povodí je základní jednotkou pro vyhodnocování toků látek v přírodě. Většina prvků
je totiž svými biogeochemickými cykly navázána na vodu, a tak při vyhodnocování
toků lze vycházet ze základní hydrologické bilance povodí, která je dána srážkami a
průtokem na konci povodí. Podobně i správa a údržba toků včetně veškerých
protipovodňových opatření se provádí podle jednotlivých povodí.
Největší povodí na světě má řeka Amazonka: zahrnuje asi 40 % rozlohy Jižní
Ameriky, tj. asi 6 915 000 km2.
Nejvýznačnější
evropská povodí
Hydrologie
- povodí
Povodí - rozvodnice
Nejednoznačnost vymezení hranice povodí
Bifurkace –
rozdělení říční sitě na více ramen, odvádějících
vodu do jiného povodí
Říční pirátství –
načepování sousedního povodí zpětnou erozí
Říční pirátství
Casiquiare – přírodní propojení Orinoka a Rio
Negro (objeveno 1744 misionářem jezuitou Romanem)
Casiquaire (410 km) v
oblasti Tamatama odvádí
cca 1/3 průtoku Orinoka
přírodní spojnice mezi povodím
Orinoca a Negra (Amazon) - kanál
Casiquiare
- mapa oblasti dle A. von Humboldta
(1799
Hydrologický cyklus
1.
2.
3.
4.
5.
Výpar a transpirace
Atmosferický transport. (Velký a malý koloběh)
Srážky, intercepce, …
Povrchový a podpovrchový odtok
Transport tokem:
„Stroj“ na přeměnu potenciální energie na práci po spádu
Práce: Eroze, transport látek, malá část využita –
hydroenergetika.
Transformace – fyzikální, chemická, biotická.
Graf vývoje povodí
Pravoúhlý graf vývoje povodí
vyjádření nárůstu plochy povodí podle vzdálenosti od pramene
Tvar povodí
Hodnocení tvaru povodí některými ukazateli
Koeficient protáhlosti povodí
2 ⋅ P/π
RE =
L
Gravelliův koeficient
LR
ΚG =
2 P⋅π
L – délka povodí
LR – délka rozvodnice
P – plocha povodí
P – plocha povodí
Tvar povodí
Hodnocení tvaru povodí některými ukazateli
Charakteristika povodí
P
α= 2
L
Tvar povodí
Hodnocení tvaru povodí některými ukazateli
Charakteristika povodí
P
α= 2
L
Hydrologický cyklus
Výskyt pozemských vod
97,2 % vod v oceánech a mořích (slané)
2,8 % vod je sladkých
2,2 % v ledovcích
0,6 % podzemní voda
0,009 % jezera
0,001 % v atmosféře
0,0001 % v řekách a potocích
(% vyjádření v objemu, ale voda z různých zdrojů projde
cyklem za různou dobu !!! - turnover)
Výskyt pozemských vod
Důležité je i hledisko doby oběhu (turnover)
Hydrologie
Hydrologický cyklus - bilance
P - R - G - E - T = ∆S
P
srážky, [L] nebo [L3 / T]
R
odtok, [L] nebo [L3 / T]
R = Rout - Rin
Rout = odtok z povodí jako složka povrchového
odtoku z vodního útvaru / hydrologické oblasti
Rin = odtok z povodí jako složka povrchového
přítoku do vodního útvaru / hydrologické oblasti
G
podzemní odtok, [L] nebo [L3 / T]
G = Gout - Gin
Gout = podzemní odtok jako složka odtoku z
vodního útvaru / hydrologické oblasti
Gin = podzemní odtok jako složka přítoku z
vodního útvaru / hydrologické oblasti
E
evaporace, [L] nebo [L3 / T]
T
transpiration, [L] nebo [L3 / T]
∆S
změna zásob, [L] nebo [L3 / T]
Hydrologie –
typy pohybu vody a jejich vliv na
formování odtoku
Podzemní voda – spojitost hladiny p. v. s hladinou v toku
Nízký vodní
vodní stav
Vysoký vodní
vodní stav
Hydrologie – hydrogram odtoku
Hydrologie – schéma odtokového procesu
Zjednodušené schéma odtokového procesu dle ČSN 73 6511