Říční ekosystémy
Z4825
3. Sedimenty, hydraulické faktory, typy substrátu,
organická hmota a procesy
Mgr. Karel Brabec, Ph.D.
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
HYDRAULICKÉ PARAMETRY
• rychlost proudění
• drsnost dna
• smyková rychlost
• Froudeho číslo
• Reynoldsovo číslo
RYCHLOST PROUDĚNÍ VODY
RYCHLOST PROUDĚNÍ VODY přístroje
vrtulkový elektromagnetický
Dopplerovský princip
(ADV)
RYCHLOST PROUDĚNÍ VODY
REYNOLDSOVO ČÍSLO
• délkou může být hloubka, délka těla,
obvod nebo průřez koryta (při poměru
šířka/prům. hloubka < 13)
• < 500 – laminární proudění
• > 2000 (2500) – turbulentní proudění
µ
ρVL
=Re
V ... rychlost proudění (m.s-1)
L ... délková charakteristira (m)
ρ ... hustota (kg.m-3)
μ ... dynamická viskozita (N.s.m-2)
v ... kinetická viskozita (m2.s-1)
v
VL
=Re
REYNOLDSOVO ČÍSLO
• Reynoldsovo číslo je bezrozměrná veličina,
která dává do souvislosti setrvačné síly a
viskozitu (tedy odpor prostředí v důsledku
vnitřního tření)
• je pomocí něj možné určit, zda je proudění
tekutiny laminární, nebo turbulentní
• čím je Reynoldsovo číslo vyšší, tím nižší je
vliv třecích sil částic tekutiny na celkový
odpor
https://cs.wikipedia.org/wiki/Reynoldsovo_%C4%8D%C3%ADslo
FROUDEHO ČÍSLO
gD
v
Fr =
• typologie proudění
• výpočet založený na měření hloubky a
rychlosti proudění
• určení typu proudění na základě měření
fyzikálních veličin (riffle, run, pool)
/Jowet 1993/
William Froude
FROUDEHO ČÍSLO
Autor: Danym50 – Vlastní dílo, CC BY-SA 4.0,
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=49985306
DALŠÍ METODY
• metoda FST hemisphere (Statzner & Müller, 1989; Statzner 1991)
TYPOLOGIE ŘÍČNÍCH HABITATŮ
CHANNEL
MARGINS
RIVER HABITATS
CENTRAL
CHANNEL
main channel side armsriffle run pool
Fr ≥ 0.41 Fr < 0.41
Fr > 0.18
Fr ≤ 0.18
{
CH_RNRF CH_POOL M_POOL S_POOL
Q = 2.5 m3.s-1
Q = 5.7 m3.s-1
Q = 13.5 m3.s-1
Q = 51.0 m3.s-1
Q = 100.0 m3.s-1
Q = 245.0 m3.s-1
Jowett, I.G. 1993. A method of objectively identifying
pool, run, and riffle habitats from physical
measurements. New Zealand Journal of Marine and
Freshwater Research 27:241-248.
SEDIMENT - VODA
MATERIÁL V TOCÍCH
• plaveniny
• splaveniny
SEDIMENTY
• zrnitost
• tvar
• minerální (+ biofilm)
• organické
SEDIMENTY (ARMOURING, IMBRICATION)
Gordon, 1992: Stream hydrology, An introduction for ecologists
SEDIMENTY (ZRNITOST)
SEDIMENTY (ZRNITOST)
odhad plošného zastoupení typů
substrátu
vertikální profil
zrnitostních kategorií
(metoda freeze-core)
SEDIMENTY (DRSNOST)
drsnost dna
 zařízení pro stanovení drsnosti dna (Ks = průměr(SD v řadách*2)
 Winget (1985) kv = (5C1+3C2+C3)/9
C=1 pro <0,3 cm; C=2 pro 0,3-3,0 cm; C=3 pro 3-30 cm; C=4 pro>30 cm
C1 ... nejvíce zastoupený typ substrátu
C2 ... druhý nejvíce zastoupený typ substrátu
C3 ... třetí nejvíce zastoupený typ substrátu
TYPY ŘÍČNÍCH SUBSTRÁTŮ
• minerální substráty (drsnost koryta, stabilita)
• partikulovaná organická hmota (CPOM, FPOM)
• rostliny (makrofyta, řasové a sinicové nárosty, živé
části terestrických rostlin – kořeny, pobřežní
vegetace)
SUBSTRÁT minerální
SUBSTRÁT biotické
SUBSTRÁT biota
Zkratka Typ Hodnota Poznámka
hpe
mikrohabitat:
pelál
0
Jemné bahnité sedimenty, velikost zrn
menší než 0,063 mm.
har
mikrohabitat:
argylál
0
Jíl, hlína, velikost zrn menší než 0,063
mm.
hps
mikrohabitat:
psamál
0 Písek, velikost zrn 0,063-2 mm.
hak
mikrohabitat:
akál
0
Jemný až středně zrnitý štěrk, velikost
zrn 2-20 mm.
hli
mikrohabitat:
litál
6
Hrubý štěrk, kameny, balvany, velikost
zrn větší než 2 cm.
hph
mikrohabitat:
fytál
4
Řasy, mechy a makrofyta včetně živých
částí suchozemských rostlin.
hpo
mikrohabitat:
POM
0
Partikulovaná organická hmota, hrubá
(CPOM) a jemná (FPOM), dřevní zbytky.
hot
mikrohabitat:
jiný
0
Eukiefferiella claripennis
TRANSPORT SEDIMENTŮ přehled
• faktory ovlivňující transport sedimentů
• vliv stability substrátu na biotu
TRANSPORT SEDIMENTŮ
PLAVENINY přehled
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0
5
10
15
20
25
30
35
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
Q[m3/s]
SSC[ng/l]
SSC
Q
2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015
0
1000
2000
3000
4000
5000
Averagegainperepisode[t]
0
5
10
15
20
25
No.ofepisodes
No. of episodes
Average gain per episode
PLAVENINY vztah k průtoku
PLAVENINY délka epizod
Mean Plot of PeakB2Dur grouped by month
B2_episodes 11v*92c
Mean
Mean±SE
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
month
2
4
6
8
10
12
14
16
18
Episodeduration(days)
PeakB2Dur: F(11,80) = 1.465, p = 0.1614;
KW-H(11,92) = 17.6803, p = 0.0893
PLAVENINY délka epizod
Mean Plot of PeakB2Dur grouped by season2
B2_episodes 11v*92c
Mean
Mean±SE
1 2 3 4
season
5
6
7
8
9
10
11
Episodeduration(days)
PeakB2Dur: F(3,88) = 2.2824, p = 0.0846;
KW-H(3,92) = 6.8027, p = 0.0785
PLAVENINY přehled
B2_episodes
-20 0 20 40 60 80 100 120 140
MaxQ
-200
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
Yield_t_day
MaxQ:Yield_t_day: y = -64.4836 + 13.2913*x;
r = 0.9321, p = 0.0000; r2
= 0.8689
PLAVENINY přehled
Scatterplot of Yield_t_episode against MaxQ; categorized by season
B2_episodes_LKoprava 11v*92c
MaxQ
Yield_t_episode
season: autumn
season: winter
season: spring
season: summer
-10 0 10 20 30 40 50
0
2000
4000
6000
8000
10000
PLAVENINY přehled
Mean Plot of Yield_t_episode grouped by month
B2_episodes 11v*92c
Mean
Mean±SE
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
month
-1000
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
Yield(tperepisode)
PLAVENINY přehled
Mean Plot of Yield_t_episode grouped by season2
B2_episodes 11v*92c
Mean
Mean±SE
1 2 3 4
season2
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
Yield(tperepisode)
ORGANICKÁ HMOTA
• původ
• transport
• distribuce
• procesy
ORGANICKÁ HMOTA – KLASIFIKACE
ORGANICKÁ HMOTA – VELIKOST ČÁSTIC
HRUBÁJEMNÁROZPUŠTĚNÁ
ORGANICKÁ HMOTA
ORGANICKÁ HMOTA – PROCESY
Hynes,1970:TheEcologyofRunningWaters
ORGANICKÁ HMOTA – ZDROJE
změny spádu, zastínění hladiny,
původu organické hmoty, poměru
produkce a respirace, teplotního
režimu, charakteru substrátu
Teorie říčního kontinua
(Vannote et al. 1980)
ZDROJE DAT
Výzkumný ústav vodohospodářský TGM (VÚV)
http://www.vuv.cz
http://heis.vuv.cz
ZDROJE DAT Průtok, výška hladiny, povodňové stavy
http://www.pvl.cz/portal/sap/cz/index.htm
http://portal.chmi.cz
ZDROJE DAT monitoring
ZDROJE DAT metodiky
ZDROJE DAT metodiky
TERÉNNÍ PRŮZKUM protokoly
TERÉNNÍ PRŮZKUM protokoly
TERÉNNÍ PRŮZKUM hydomorfologie
RIVER HABITAT SURVEY
(Environment Agency, 1997)
TERÉNNÍ PRŮZKUM záznam abiotických parametrů
TERÉNNÍ PRŮZKUM záznam abiotických parametrů
TERÉNNÍ PRŮZKUM uspořádání vzorkování
TERÉNNÍ PRŮZKUM uspořádání vzorkování
BACI (Before-After Control-Impact)
TERÉNNÍ PRŮZKUM výběr složky/matrice
TERÉNNÍ PRŮZKUM databáze: www.aqem.de
TERÉNNÍ PRŮZKUM databáze: http://hydro.chmi.cz/isarrow/