Říční ekosystémy Z4825 (učebna Z6,17.2. 2020,13.00-14.50) 1. Fyzikální charakteristiky GEOGRAFICKY USTAV Mgr-Karel Brabec'PhD přírodovědecká fakulta mu brabec@sci.muni.cz SYLABUS 1. Fluviální struktury a procesy, říční síť a krajina, fyzikální charakteristiky 2. Chemické charakteristiky, cykly látek 3. Sedimenty, hydraulické faktory, typy substrátu, organická hmota a procesy 4. Říční biota - mikroorganismy, řasy, makrofyta, produkce a dekompozice 5. Říční biota - bezobratlí živočichové 6. Říční biota - ryby a další obratlovci 7. Potravní sítě, toky látek a energie 8. Regulace a morfologická degradace vodních toků 9. Znečištění vodních toků a kombinace stresorů 10. Vodohospodářské strategie, hodnocení stavu vod 11. Ochrana a revitalizace říčních ekosystémů 12. Případové studie 13. Exkurze: regulovaný tok v městské krajině ŘÍČNÍ EKOSYSTÉMY témata Vztah zdrojů a užívání vody v ČR v roce 2004 (údaje v milionech m') 640 Přítok do území k. / 4 944 Odtok /tí7ofi 2 024r~- Povrchový odtok 1 626 6 570 t 2 i * *^ '---' ' / / / i ' ' ' ' ' f ' ']|/UM3 t t t / , , , OdWr povrchové vody 6 e» OdbČr podzemní vody 395^. Vodovody a kanalizace í"1 [97 402 *M M Průmysl jL..t*aa:, a ostatní .....v «j*!8. Energetika .a.l?.,.v> Zemědělství ^.í,--8.^ 41316 350 - OeSťovä i I voda i j odvedená: kanalizaci Ztráty ve vodovodní síti 15 j j j j a j j u j j j j j j j a-j jj'. 10 2 024 .s/Íra užíváni Podzemní odtok 5Ä28 Celkový výpar 41 473 (31 26 |15T Výpar ve sféře U/iviiiii OBSAH PŘEDNÁŠKY témata ZÁKLADNI POZNATKY • struktury • procesy • vztahy Biogeography Stream ecology Fluvial eomcirphciLogy interdisciplinarita APLIKACE VEDOMOSTI PRÍPADOVÉ STUDIE aktuální témata metodické rozbory poznání systému a jeho změn výzkumná/expertní podpora praxe (např. vodohospodářské, ochranářské) STRUKTURY A PROCESY struktury • struktura fluviálních systémů (fyzikální) • říční biota • vztahy ve společenstvech procesy • dynamika organické hmoty • ekosystémové procesy • hodnocení stavu ekosystému VZTAHY témata vztahy mezi strukturami a procesy • hydrologické a morfologické charakteristiky • vazba chemismu vody a sedimentů na fyzikální vlastnosti • biochemické procesy ekologické vztahy • abiotické charakteristiky jako prostředí pro společenstva organismů • vliv organismů na říční procesy • bioindikace změn prostředí FLUVIÁLNÍ STRUKTURY A PROCESY Fluviální struktury • koryto (minerální a biotický substrát) • břehy (ekoton, regulace) Fluviální procesy • eroze - transport - sedimentace • ekologické procesy (asimilace, respirace, rozklad organické hmoty, aktivita organismů) KONCEPTY FLUVIÁLNÍCH EKOSYSTÉMŮ ]. N. Am. Benthol. £oc, &(i)&±<& ©■ 2fl]fl by The North American Ekaithn-lngical Sncietj' DOl: lfl.]899/ra-fl4S.l Published railine: 5 February 2CJ10 Patch dynamics and environmental heterogeneity in lotic ecosystems Kirk O. Wincmillcr1 Department of Wildlife and Fisheries Sciences, Texas A&M University, College Station, Texas 77843-2258 USA Alexander S. flecker2 Department of Ecology and Evolutionary Biology, Cornell University, Ithaca, New York 14853 USA David J. lloeinghaus3 Department of Biological Sciences and the Institute of Applied Science, University of North Texas, 1155 Unbn Circle 310559, Denton, Texas 76203-5017 USA 1 ■:■:»y cl :;'.-r-:J biogaography (MatArihu* and Wilíůn 1967} Patch disturbance. cůrtimuniiies {Lavin and Pain* 1974) Concepts of intem*ediate dis-lu tance and patch dynamics- In community ecology |H::lihmion 135 Ji Meteŕoouiation {Levins 1969] J_ Sourte-aink TifjMcc^kH ami iPulliam 1963) irtiemedkale distuítane* hypothesis (Conne 197É. Huslan 19793 disLuDanc* «lelrics ijownmrvd al. 1997b) P-D íůrtíepl i1r*sm community ecology (Townssnd 1989) N^ulnal theory of biodiversity [Hirtjbflll 2001) ROwev>; ditturoane*. fMithiness, diversity (Lake 2000i Fley-: Metacommunilias Ho I y Oak ai a1. 2005) 1953,.. 1ŮW... 19fl7 19Ě9 1971 1973 197S 1077 1379 1H1 19S3 1595 4967 198& 1991 1093 1945 1097 1909 2DŮ1 3002 2M3 !CMM 2MB 20ŮB 2DÜ7 2MB. 1 T Ruck Fly, processes in geomorphology {Leopold el al. 1964) R tvar conl*iuum cantept [Vannobeelal 1950i Patches irt larrtscae* (Forman and Godron 1361} Pevi*w P-D in lotit Systems (Pr ingle etal. 1988) Boundaries fluvial ecosystems iNaim-an fit al. 19S8i fteMieYr disturbance-in streams iR^h ri ?i igg»i \A\ni\~w ir:c sl.-^iv ttfttefOganeity 1 Palmer etal. 1997) Quantifying spatial heterogeneity ; Coop* r el al. 10971 Food web 3pat»i subsidies (Politalal. 1997) River hierarchy and Pftveriabral* distribution {Parsons el si. 29031 HfrSO^Víiler' ilrŕým heterogeneity I Gooderhs m et al. 2007) Patch perimeter Co area and invertebrates {Silver et al, 2094aj Riverin* ecosystem synthesis (Thorpetal. 2006) KONCEPTY FLUVIÁLNÍCH EKOSYSTÉMŮ ^ Connectivity ^ I INTEGRATED MODEL: 1 j FlVmS AS DYNAMO BCOSYSTfflIS | >- -1 c Food Pulse Ecolones D zones loodplain dynamics Ryporheíc ^ _Corridor_J ^ scaling CCatchment _HI Harare hv uvlal aquifers longitudinal ( Telescoping "\ I Ecosystem J listurbance/ f _. Serial \ recovery v Discontinuity J gradients c 11 rial ŤI zonal River Continuum (S Stream Zonal ion Fig. 2. A modular framework for developing an integrated model of dynamic river ecosystems. PROSTOROVÁ ORGANIZACE VODNÍCH TOKŮ témata River Futures, s. 45 gradienty v rámci 4 dimenzí říčních systémů fraktální vztahy v říční síti diskontinuity vytvářející prostorovou různorodost (heterogenitu) hierarchická dynamika plošek Fig, 1.4 The four-dimensional nature of stream and river ecosystems. (Adapted from Ward, 1989.) Lateral dimension Riparian zone k floodplain \\ %Stream % channel Longitudinal dimension Upstream ■ ä Downstream linkages Biological: Behavioural response i" -iV.\l-f v Temporal * . i.■.-+■. ■. .j.-. .+■:-:■:■:■ Evolutionary change Physico-chemical: Local flow surge scale j— .i Age of world's largest rivers Stream channel í Hyporheos groundwater Vertical dimension ŘÍČNÍ EKOSYSTÉMY - ŠKÁLY Freshwater Biology (2002) 47, 501-515 bonolludlnal dtrrtenslon flHlhpíHl FPKhwBlp-nmr ne Riverine landscapes: taking landscape ecology into the water JOHN A. WIENS1 Fig. 3.8 Patchiness in flow in a river system, Depth (a) and current velocity (b) contours for a low gradient reach of the River Coin, England, (Redrawn from Mackey era/. 1982.) PI 0-0.19 mis ED 0.2-0.39 PI 0.4-0.59 f=3 O.B-0.79 ■ »0 8 1 1 1 A 1 J. 1 0 2 4 6 810 12 Width (m) J. J. X 1 1 J. _L 0 2 4 6 8 10 12 Width (m) Vertical dimension AquHär-BúJl springbrook Aíi.i^r-pgríiwsTipri Hyparlipc; zpnp I Aquiľer-iuertjed FIjg. 2 Ma jo ľ ecoLo iwí. arid pathways or exchanges of materials, energy, and organisms i n Lite longitudinal (A), lateral (B0r arid vertical (O dim en si on s of a riverine system. From Ward i Wiens (2Ml>. PROSTOROVÉ ŠKÁLY povodí/ koridor/ habitat Ltof ond Sítek Detritus in Margin Sand-Silt over Cobble* Transverse Bar over Cobbles Moss on Boulder Fine Gravel Patch STREAM SYSTEM SEGMENT SYSTEM m REACH SYSTEM 10'm 'POOL/RIFFLE SYSTEM K)°m MICR0HA8ITAT SYSTEM m PROSTOROVÉ A ČASOVÉ ŠKÁLY vztah mezi prostorovými škálami a jejich časovou StabilitOU > 10 let (dlouhodobé změny klimatu, krajinného pokryvu) Catchrncru Landscape ecology Gene flow and mi crew volatí on MACtQGOOlOfi}/ Biogcography Food web models Intcrgeneratiorial population dynamics Cross-system subsidies (loticv'lentic/marinei'tenie.strial) měsíce - roky (sezónní extrémy průtoku sucha/povodně) HmpirícaJ food webs Field experimente Behavioural Mudies (colonisation, predator avoidance) hodiny - dny - týdny (meteorologické jevy vs. krajinný pokryv / geomorfologie) Spuce The spatiotempcral scaling of riverine food webs. Selected fields of in vesica lion Ilia I migh I be expected to at feci web structure roc«»es at the different scales are highlighted as text. Solid double-headed arrows indicate the Lypical spatiotemporal limits investigations; the dashed arrows indicate rarer instances, where these limits are exceeded. PODÉLNÝ PROFIL TOKŮ změny ve spádu koryta zastínění původu organické hmoty poměr produkce a respirace teplotní režim vlastnosti substrátu River Continuum Concept (Vannote et al. 1980) RICNI KONTINUUM V-r.......L*j T, 52 S1% 1 I- 3 - i ■i Í 5 - 6 - 7 - a - 9 - 10 11 12 mkrobes J%K\ co leaofs l^-• -V V - **■ predator* HrlitivĚ Channel Width fŕvwi Cunm« n hj.1 . i!> PODÉLNÉ KONTINUUM LATERÁLNÍ DIMENZE flood pulse pramenné oblasti; těsná vazba mezi vodními a terestrickými ekosystémy; malý rozsah říční nivy; organická hmota terestrického původu střední horské úseky sevřených údolí, případně antropogenně kanalizované koryto; rozsah říční nivy omezený; fixace uhlíku především prostřednictvím makrofyt a fytoplanktonu dolní toky; v rámci záplavového území (nivy) je uhlík dodáván do toku prostřednictvím vody odtékající z nivy do hlavního koryta nebo také přes příjem potravy a migraci ryb/jiných vodních živočichů mezi nivou a hlavním korytem Catchment zone V////A g|| Catch men L produced O M Channel produced O M Floodplain produced GM Permanent water bodies Floodplain water bodies Floodplain LATERÁLNÍ DIMENZE témata • sezónní pulsy průtokového režimu se projevují zřetelným cyklem expanzí a kontrakcí systému říční nivy (sítě koryt) • změny povrchové hydrologické konektivity mezi jednotlivými typy koryt (částí koryta) • změny propojení povrchové a podpovrchové složky říčního koridoru ■ propojení procesů v korytě toku a říční nivě ■ abiotická specifika laterálních biotopů (slepá ramena, poříční tůně, větvení koryta) ■ míra konektivity v závislosti na průtoku (Flood pulse concept) ■ říční koridor (vegetace, regulace toků, korytotvorné procesy) ■ interakce průtokového režimu s morfologií koryta = rozmístění habitatů LATERÁLNÍ DIMENZE Val Roseg vedlejší koryto euritrál koryto s kombinací zdrojů / i^'iiii * /. ium/>/, \ ni ,íi/l,r, ni i ľ.imu i h/r\ m thi u/ifH-r t< < tmu nf tht i ill Rmtyi //<*••/ filmu (Kť Klmn . h.mn,l S Suk 4 fhtnml. I InhimilhnlIvumrHi ledtfmnrn-1. X \fi\,J i funěni (> - (iitmiuhiíitťr , iuinml T fiihuton 'ľhntit R Aihi m napájené podz. vodami • f • Přítok Switzerland I /• igtnv ft (Ittsc-up \í< > nt tin ta channel .v v ťtftwv 'lagt'inf l<» uhbrey tuihms nf 1 iuimiil tv/w '/ViiiřiiN R A1I1 A K /m kth-rt LATERÁLNÍ DIMENZE ) channel slope \/ 0-2% 2 - 4 % 4-6% \/ 6-10% /\/ 10-20% /\/ 20-30% /v 30-60 % b) bank inclination a/ 0-3% /v 3-6% 6-10% /\/ 10-17 % /v 17-28 % /v 28 - 43 % /v 43-70% c) riparian vegetation /\/ desert sparse /\/. medium /\/ dense A/ shrub to forest FLUVIÁLNÍ EKOSYSTÉMY TELESCOPING ECOSYSTEM MODEL Modely laterální dimenze a její dynamiky —------ Aquatic macrophytes Fish ---------»-------Amphibia ----ä----Odonaía ---+---Mollusca ■ji 8 ^ 1ŮOH u TV ............-.....-............. 'TJ River Sites akong transect Flood plain Connectivity Fig. 10 Species richness peaks for different fa una I and floral component (including native and rein-native species) along a Danube-flood plain transect (idealized curves, modified from Tockncr, Schiemcr £c Ward, 199H). The connectivity gradient extends from the main channel bo the edge of the flood plain, a distance of about 1 km. '5 3 E c o 5 c LU Eu polámal H ft__b PlEEiopolamal PalaeDpoteniHl Maximum oonneetiuily Maximum Flood pulse Dry phase Fig, 3 A conceptual model depicting how flood plain water bodies, that exhibit essentially uniform conditions during the period of inundation, re-establish their individuality during the dry phase (based on a modification of the telescoping ecosystem model of Fisher et al., 199H). Euporamal refers to the main channel or side channels with both upstream and downstream connections to the main channel; parapotamal refers to side channels with only downstream connections to the main channel; plesiopotamal refers to a former braided channel that is connected only during high flow; and palaeopotamal refers to former meander loops that are reconnected with the main channel only during floods. See also Armantrout (199ft]. VERTIKÁLNÍ DIMENZE témata ODTOKOVÉ POMĚRY ZONE 3 Runoff Control ZONE 2 Managed Forest ZONE 1 Undisturbed Forest Naiman, Decamps & McClain, 2005, Riparia STRUKTURY A FLUVIÁLNÍ PROCESY 5-10 km Stanford & Ward, 1992 VERTIKÁLNÍ DIMENZE • hydraulický gradient ve vodním sloupci Fig. 3.7 Velocity gradients in a stream, (a) Vertical gradients over hydraulically smooth and rough substrates (modified from Hynes, 1970, and Gordon et at., 1992), lb) A transverse section through a smooth channel showing velocity contours (v3 high, v. low velocity) (modified from Newson, 1994). (c) Distribution of currents around a boulder (modified from Maitland, 1990). (a) Water surface Water surface Flow velocity Flow velocity Water surface Water surface (c) River bed VERTIKÁLNÍ DIMENZE komunikace s intersticiální vrstvou a podzemními vodami Riparian zone lateral -.^S unsaturated v^ llow \ vadose zone1N^ phreatic zone stream bottom Stream channel water surface surface water shallow exchange downwelling ✓ shallow , t exchange -■/ / zone under nfluence.? 1 of surface water hyporheic zone \ i ground water zone Vupwelling of deep ^ ground water Riparian zone lateral unsaturate rs )IOW // .vadose zone phreatic zone upwelling of shallow ground water FIGURE I Hydrologic pathways that provide for the exchange of DOC between surface waters, the hyporheic zone, ground waters, and the riparian zone in streams, PRŮTOK • vazba na odtokový režim povodí (pluviální, nivální, glaciální) • určuje aktuální rozsah zaplavené plochy a hydraulické podmínky v korytě • eroze břehů a dna • transport splavenín (bed load) a plavenin (suspended solids) • dynamika transportu rozpuštěných látek a jejich vstupy do procesů • konektivita s údolní nivou a podzemními vodami • distribuce bioty (proudové preference, drift, dostupnost potravy) TEPLOTA VODY významný faktor regulující ekosystémové funkce a ovlivňující společenstva vodní b i oty nasycení plyny, chemické a biochemické procesy FORESTED Net thermal radiation Evaporation Qhb Inputs Qs incoming short-wave solar radiation Qa long-wave atmospheric radiation Qf long-wave forest radiation Qc energy gained by condensation Qp energy adverted in precipitation Qg heat entering from groundwater reservoir Qi heat content of streamflow entering reach Qt energy adverted by tributary inflow Gains/Losses Qh energy gained or lost by convection Qha energy gained or lost by conduction to or from atmosphere Qhb heat conducted to or from stream bed and banks Outputs Qsr reflected solar radiation Qar reflected atmospheric radiation Qfr reflected forest radiation Qb back radiation from water surface 7 Qe energy used in evaportion Qw energy adverted by evaporating water Qo heat content of strea mflow leaving reach (a) Daily maxima Daily means Daily minima 5 15 25 -10 Air temperature (°C) (d) -5 0 5 10 15 5-day mean air temperature (°C) Fig. 3.7 Energy budgets and air-water temperature relationships, (a) Principal components of the energy budget of a water-course, (b) Temporal variation in heat budget components of Deer Creek, USA (forested) and Berry Creek, USA (open catchment) (after Brown 1969). (c) Water-air temperature relationships in the River Clyst catchment, Devon, UK and (d) in a Pennine stream, Mattergill Sike, UK (after Crisp & Howson 1982). TEPLOTA VODY rozsah a vlastnosti pobrežní vegetace \ reliéf kontinentalita \ / : typ koryta zemepisná šířka expozice slunečnímu svitu vy ve ry podzemní vody vlastnosti pramene nadmořská výška hydrologické pomery vzdálenost od pramene nebo jezera průtok rocni průběh denní rozsah teplotní periodicita zimní minimum letní maximum upraveno podle Ward, 1985 TEPLOTA faktory Small streams Large rivers \ Downstream direction / stream order Fig. 2 Mean daily and did variability of water temperatures as a function of stream order/downstream direction. TEPLOTA faktory modely s teplotou vzduchu tvr= 1,755 tor-5,1 tvr... průměrná roční teplota vody (°C) tor... průměrná roční teplota vzduchu (°C) Hydrologické poměry ČSSR modely s nadmořskou výškou • možnost využití průměrné nadmořské výšky v povodí • zahrnutí průtoku nebo výměny tepla • jiné než lineární vztahy t = 11,62-0,0102 H tvr... průměrná roční teplota vody (°C) H ... nadmořská výška profilu (m n.m.) Hydrologické poměry ČSSR ŘÍDÍCÍ FAKTORY TEPLOTY VODY ■ teplota vzduchu Huntava (Valšův Důl) 1 1 39791 06/17/17 05:53:12.452 GíxfT+O2:00 'jň/:: 0'3/27 07/02 18.6.-8.7. 2017 — Huntava_i*aterTempp °C A Coupler Detached T Coupler attached + Host Connected O Stopped X &d Of File — Huntava_airTemp, °C 07/07 07/08/17 07:46:24.905 PM GMT-iO2:0D TEPLOTA - LATERÁLNÍ HETEROGENITA Ecology of a Glacial Flood Plain • vliv vzoru koryta - laterální členění vystavuje jednotlivé složky rozdílnému působení teploty vzduchu a interakcím s podzemními vodami • výrazné u divočícího vzoru (postranní koryta - snížení rychlosti proudění a hloubky) The glacial temperature regime prevails in the main channel and in surface connected flood plain channels (Fig. 2). Thermal patterns were less uniform in cd 9 £ 0) CS t CO 20 . 10 0 '—'■Vi I___j_____ «. i 1 '• h- -*• í 'Ta ""; ' s~ 20 3 0 d"§ -20 f* o o CO O Q JJASONDJFMAM 1997 1998 Figure 5. Upper panel: daily discharge (solid line) and daily air temperature (dotted line). Middle panel: daily temperatures in the surface waters of the flood plain. M= 4 main channel sites, C = 5 sites in surface-connected channels, D = 9 sites in surface- disconnected channels. Lower panel: daily temperatures in the hyporheic zone (depth = 80 cm). M = 2 main channel sites, C = 2 sites in surface-connected channels, D = 2 sites in surface-disconnected channels. Uehlinger & Malard, 2003. Thermal heterogeneity RIDICI FAKTORY TEPLOTY VODY hydromorfologie 18-28/7/2016: Kněhyně - hlavní koryto a tůně sekundárního koryta 10388942 28 26 24 p IB teplota vzduchu — Knehyne-koryto2D15, "C — Knehyne-koryto2016, °C —Knehyne-koryto2D17. "C — Khehyne-makrofyta2016, °C — Knehyne-makrofyta2017, °C — Knehyne-parez2D16. °C — Knehyne-pare:2D17, "C — Knehyne-'vzduch2016, °C — Knehyne-V!duch2017, "C A Coupler Detached T Coupler attached ♦ Host Connected O Stopped X Eiid Of File mělká tůň 07/18 07/2 I 07:23 07:20 07/17/16 11 :S7:47.61S fiUi GMT+02:DD 07:27 07/28/16 D1:39:S2.7S4 AUl GMT+02:DD ŘÍDÍCÍ FAKTORY TEPLOTY VODY hydromorfologie 20/7/2016-24 hodin 10388942 — Kriehyne-koryto2015, "C — Kriehyne-koryto2016, "C — Kriehyne-koryto2017, "C — Khehyne-makriofyta2D16, "C — Kriehyne-makrofyta2D17, "C — Kriehyne-pare!2D16, "C — Kriehyne-pares2017, "C — Kriehyne-\Aduch2016, "C — Kriehyne-vsduch2D17, °C A Coupler Detached T Coupler attached + Host Connected O Stopped X &d Of File 12:00:00 fiU 07/20/16 11:00:53.383 PM Glun"+02:DD 06:00:00 ŕW 06:00:00 PM 12:00:00 fiU 07/22/16 01:41:18.01 *M GIUfT+02 :DD RIDICI FAKTORY TEPLOTY VODY antropogenní vlivy • nádrže • odpadnívody • chladící voda • management pobřežní vegetace KLASIFIKACE PODLE TEPLOTNÍHO REŽIMU klasifikace Matoušek, 1980: Teplotní a ledový režim vodních toků TEPLOTNÍ KLASIFIKACE VODNÍCH TOKŮ R O 2 : p ě t í ve °C Skupina průměrné roční teplo- rozkyvu průměrných mě- maximálních průměrných měsíčních teplot Prům. tepl. vody v období ty vody síčních teplot v roce nevegetačnijn vegetačním 1 5,4 - 7,0 10,4 - 15,0 11,3 - 15A 1/9 - 2,8 8,8 - 11,9 2 7,1 - 8,5 11,7 - 16,6 13,4 - 17,1 2,4 - 4,2 10,8 - 14,0 3 8,6 - 10,0 16,0 - 19,9 16,9 - 20,6 2,6 - 4,2 13,4 - 16,3 4 10,1 - 11,9 19,2 - 20,2 20,9 - 22,3 3,5 - 5,5 16,7 - 18,5 5a 6,6 - 10,3 /6,6 - 9,2/ 10,6 - 19,5 /10,6 - 14,9/ 11,7 - 20,2 /11,7 - 16,9/ 2,6-6,0 /2,6 - 6,0/ 9,1 - 16,4 /9,1 - 14,4/ 5b 8,8 - 13,3 14,7 - 20,1 17,6 - 24,5 3,3 - 7,7 14,0 - 19,5 DYNYMIKA V RÁMCI RŮZNÝCH ČASOVÝCH SKAL amplituda, průměr, degree days časování minim a maxim, překročení prahových hodnot 20 18 16 14 12 O 10 8 o a. a> 6 4 2 0 -2 -4 i-1-1- -♦-Teplota vody Teplots vzduc hu j 6 7 Měsic 9 10 11 12 Obr. 4.13. Ukázka typického ročního chodu teploty vzduchu a teploty vody (povodí řeky Bečvy po doměrnou stanici Dluhonice, období 1980-2006) 50 DYNYMIKA V RÁMCI RŮZNÝCH ČASOVÝCH ŠKÁL denní cyklus minima většinou kolem 8 hod, maxima 17-18 hod (v létě dříve) posun oproti teplotě vzduchu (min. 6-7 hod, max. 13-14 hod) 20.0 19.0 - 18.0 - _ 17.0 -_i ^ 16.0 15.0 14.0 r 13.0 o _ □ z □ c oooooooooooooooooooooooo ooooooooooooooo oooooooooo ooooooooooooooo o^cSJco^ix^cDi^óočno^cSJco 0000000000-I--I--I--I--I--I--I--I--I--I-CMCMCMCM WLVKDTIM Svratka -Dalečín (1996) DYNYMIKA V RÁMCI RŮZNÝCH ČASOVÝCH ŠKÁL dlouhodobé trendy 17,5 7 TEPLOTA A PROCESY (ABIOTICKÉ A BIOTICKÉ) • viskozita vody • kyslíkový režim • samočisticí procesy (rozklad organické hmoty, denitrifikace) • například částice jílu klesá 2x rychleji ve vodě o 23°C ve srovnání s 0°C • teplejší voda drží ve vznosu méně jílovitých částic než studená • částice v teplé vodě se pohybují rychleji než ve studené (o 0,5 % rychleji na každý 1°C nárůstu v rozmezí 4-20°C) • v teplé vodě se také utváří tenčí mezní vrstva nad substrátem než ve studené POVRCHOVÉ VS. PODZEMNÍ VODY teplota • roční průměr teploty podzemní vody a teploty vzduchu se liší do 1°C • podzemní vody mají většinou účinek stabilizující teplotu vtocích • v některých případech však způsobují velkou prostorovou heterogenitu (geotermální vody v Yellowstone) - zvýšení teploty v toku o 12°C (změny ve společenstvech bakterií, řas, bezobratlých a ryb; produkce) • vzhledem k nahodilé lokalizaci přítoků podzemní vody do koryta dochází ke zvýšení prostorové heterogenity fluviálního prostředí vliv teploty na hydrologické poměry • pokles hladiny uprostřed odpoledne souvisí s evapotranspirací • denní kolísání teploty vody způsobuje změny hydraulické konektivity v korytě - výsledkem je kolísání průtoku během dne (rozsah a směr výměny vody mezi podpovrchovými a povrchovými vodami) POVRCHOVÉ VS. PODZEMNÍ VODY o Jan 199B Date (month) Figure 9. Snow depth, air temperature, and surface and hyporheic water temperatures recorded at site 73 (surface-disconnected channel). Snow depth and air temperature were measured at the nearest station of The Swiss Meteorological Survey (Samedan 1705 m a.s.L). Temperature was corrected for difference in altitude (Uehlinger et al., 2003) The six time periods (A-F) are discussed in the text. From Malard et al. (2001), Fig. 6, p. 1330. JJASONDJ F M A M JJASONDJF Figure 10. Daily temperature records for the surface stream water and the hyporheic zone (depth 80 cm) in the proglacial reach. A) Main channel: gray line = surface temperature at site 9. white line = hyporheic temperature at site 6. B) Site 8 (surface-disconnected channel): gray line = surface temperature, white line = hyporheic temperature. VLIVY TEPLOTY NA VODNÍ ORGANISMY přehled • studenokrevní (poikilotermní) / teplokrevní • eurytermní / stenotermní • limity pro buněčné procesy, metabolismus, vývojové cykly, aktivita/klidová stádia, distribuce ANTROPOGENNÍ ZÁSAHY DO TEPLOTNÍHO REŽIMU témata • nádrže • vypouštění odpadních vod • vypouštění chladících vod • úpravy koryta a zásahy do pobřežní vegetace (zahlubování, spád-zdržení) ANTROPOGENNI ZÁSAHY DO TEPLOTNÍHO REŽIMU regulace toků změny teplotního režimu toku regulovaného dvěma přehradami ANTROPOGENNÍ ZÁSAHY DO TEPLOTNÍHO REŽIMU regulace toků vliv hydro-energetického špičkování na denní běh teplot 20.0 19.0 18.0 17.0 16.0 15.0 14.0 13.0 : : : : : : : : : oooooooooooooooooooooooo oooooooooooooooooooooooo ooooooooo ooooooooo oooooooooooo oooooooooooo o o Oi-CMC04in(DN000) oooooooooo OT-wn^mcDScomoT-cMn i— -i— i— -i— -i— -i— -i— i— -i— -i— CVICMCVICVI WLVKDTIM co I / 16 15 14 13 12 II 10 T-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-T lij: T I o 0-c- : : T oooooooooooooooooooooooo oooooooooooooooooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooooooo ooooooooooooo o o o o OT-wn^intDNcofflOi-wn^uiDS OOOOOOOOOOt-t-t-t-t-t-t-t- 00 O) O t- (M co i— i— OJ OJ OJ OJ WLVKDTIM TEPLOTA - LEDOVÉ JEVY faktory TEPLOTA - LEDOVÉ JEVY faktory • izolace toku před promrzáním do dna (pozitivní pro biotu) • při jarním tání možnost mechanického narušení koryta ledovými krami • přehrazení toku akumulací ledu • přehrady se spodním odtokem Bečva - Černotín (22.2. 2005) podvodní led - formování za jasných chladných nocí (-15,6 až -23,0°C); ztráta tepla vyzařováním z tmavě zbarveného substrátu pod vodou při teplotě 0°C Frazil (slush) ice - konzistence sněhu (přechlazená voda) Anchor ice - obvykle v mělkých vodách do 50 cm, začíná v peřejích, na proudových stranách velkých kamenů, pak postupuje i do tišin Hyneš, 1970. The Ecology of running waters SVĚTLO faktory • vliv na společenstva rostlin a primární produkci • úhrn a vlastnosti záření dopadajícího na říční autotrofy závisí na: - ročním období - geografické poloze - nadmořské výšce - vlastnostech atmosféry - lokálních podmínkám (hloubka, průhlednost) • na rovníku: 2,160±0,133 kJ.cm~2.d 1 během roku • v polárních oblastech: 2,81 kJ.cm~2.d 1 v létě, ale 0 v zimě (Maitland, 1990) SVĚTLO - ODRAZ/PRŮCHOD vodní prostředí • intenzita záření narůstá s nadmořskou výškou a naopak je v tocích omezována pobřežní vegetací • ztráty při přechodu do vody (odraz, absorbce) • rozsah odrazu záření od vodní hladiny: 20,0-98,5 % (závisí na úhlu dopadu -pozici Slunce na obloze) • vliv ročního období, denní doby, orientace říčního údolí, oblačnosti • při průchodu vodou: zákal, zbarvení (logaritmický pokles záření - Beerův zákon) SVĚTLO A ZÁKAL SVĚTLO A ZÁKAL • v pomalu tekoucích úsecích může být průchod světla omezen rozvojem planktonu • turbulentní proudění v peřejích se projevuje menším odrazem světla od hladiny - v ranních a večerních hodinách tak proniká více světla než v tišinách (vyrovnává úbytek způsobený zvýšeným zákalem v turbulentních podmínkách) • sezonalita ve vztahu k zástinu pobřežní vegetací: - mírný pás - max. jaro a podzim - tropy - trvalé zastínění (pokud není vegetace odstraněna člověkem) SVĚTLO VLIV NA PROCESY témata • primární produkce • energie slunečního záření je ukládána do organické hmoty (OM, organic matter) • autochtónni (vzniká v toku), alochtonní (vzniká v okolí toku - povodí, koridor) • a u tot rof i e/h ete rot rof i e • podíl na řízení dynamiky vývojových cyklů živočichů - sezónní dynamika sekundární produkce SVĚTLO - VLIV NA BIOTU autotrofní • primární vliv na fotosyntézu autotrofních organismů (rostliny, řasy, sinice) • sekundární působení na živočichy (chování, biologie - vývojové cykly) • v jezerech mírného pásu vykazuje fytoplankton na světle závislou sezónní dynamiku produktivity • naproti tomu v podmínkách toků kde ostatní parametry byly neměnné, vykazovalo pouze 9 z 60 rozsivek sezónnost (Sherman & Phinney, 1971) • nicméně v zastíněných tocích nebo při vysokém zákalu vody chybí vyšší rostliny • sezónní změny zastínění pobřežní vegetací ovlivňují dynamiku nárostových společenstev (vodní řasy) • ke stínu adaptované: rozsivky • s nárůstem světla se zvyšuje podíl zelených řas a sinic SVĚTLO - VLIV NA BIOTU živočichové • vliv na distribuci vodních bezobratlých • např. jepice Boetis rhodoni a další tzv. spásači/škrabači - grazers/scrapers • naopak jiní preferují zastíněná místa • vazba na potravní strategie - zdroje potravy • vliv na chování (přemístění do místa, které zajišťuje vhodné podmínky z hlediska 02/C02 gradientu a zároveň má i jisté světelné vlastnosti) • řada druhů má spojené vyhýbání se světlu s vyhýbáním se silnému proudu tekoucí vody (udržením se v kontaktu se substrátem) • světelné podmínky také řídí driftovací chování (drift bezobratlých narůstá v době soumraku nebo noci) • světelné podmínky se také významně podílejí na řízení vývojových cyklů bezobratlých během roku (líhnutí, kuklení, výlet) LITERATURA Lellák J., Kubíček F.: Hydrobiologie, l.vydání, Univerzita Karlova, Karolinum, Praha 1992. Stream Ecology Tbc Rivers Handbook * Volume 1 [DITID BV PIT I It r ALOW \\l> (.EOF 1*11 (fills Structure and function of running waters ľÄ J. David Allan K. In wer -v. id<-íl 1ii i 'i i h Ii -I .■■ 1 M ET H ODS IN Stream KU i. nit li Akí) h auk h éhSMÍ % # " j____ß , 35 periodika PŘÍPADOVÁ STUDIE - ZASNĚŽOVÁNÍ témata Fuksa (49:56) https://www.ceskatelevize.cz/porady/1096902795-studio-6/218411010100409/ Fuksa a Knot https://www.seznamzpravy.cz/clanek/spor-o-zasnezovani-siezdovek-ie-umelv- snih-pohromou-pro-prirodu-65671?seq-no=5&dop-ab- variant=&source=clanky-home&autoplav=l Fuksa a Knot https://video.aktualne.cz/dvtv/dvtv-15-l-2018-adam-voitech-duel-iosef-k-fuksa-a-libor-knot/r61ae0fl6fa0011e786cf0cc47ab5fl22/