Urychlení fluviálních procesů a procesů na vodních nádržích Cíle studia antropogenně urychlených procesů Øvypracování základů a metod řízení ØZáklad geomorfologické prognózování (jaké procesy působí, jejich dynamika, možnost výskytu dalších urychlených geomorfologických procesů), Øznalost přírodních procesů. Fluviální procesy - povrchově tekoucí voda - hlavní odnosový činitel. Antropogenní ovlivnění fluviálních procesů se projevuje Øv ovlivnění odtoku vody (odlesnění, regulace, výstavba vodních nádrží) Ø v ovlivnění vlastností vody. Člověk narušuje fluviální erozi, transport i akumulaci. Fluviální procesy nejčastěji ovlivňuje: Øvýstavba technických zařízení na řekách (jezy, přehrady, úpravy koryt, náhony), Ø transformace (změny) vegetačního krytu odlesnění, požáry,, apod.) Øtransformace funkčního využití ploch (orba, pastva, vysoušení, meliorace, Øtransformace podmínek povrchového odtoku (úpravy reliéfu, např. výstavby parkovišť, úpravy koryt),rekreační a sportovní účely. Účinek ovlivnění se projevuje: Øzměnami režimu vodního toku a říčních sedimentů (denní, měsíční roční průtoky, max. minimální, průměrné) Ø změnami koryta vodního toku (půdorysu, vlastností např. drsnosti). Hlavní příčina ovlivnění fluviálních procesů - narušení vegetačního krytu v pramenných oblastech vodních toků. Vegetace, zejména lesní porosty, plní významnou regulační funkci - následně přívalové deště. Odnos pod přirozeným lesem je malý, podle Bennetta (1955) odnos v lese 0,001 mm/rok, travnatý porost 0,006 mm/rok, kukuřice 13,3 mm/rok, vykácení lesa a přeměna na kukuřičné pole zvýšení eroze 11 600 x. Urychlená eroze na svahu § Plošná urychlená eroze (nesoustředěný odtok), plošný splach § Stružková urychlená eroze (lineární), stružky § Stržová urychlená eroze, strže § Boční eroze, laterální Některé faktory ČR – odlesnění v 70 a 80 letech 20. století - v důsledku poškození lesních porostů, urychlená vodní eroze plošná i stržová (Jizerské hory, Krušné hory, Moravskoslezské Beskydy) Modelové povodí Trkmanky – výzkum eroze - podle Vaníčka (1963) odnos z povodí 3,3 mm/rok přirozená tvorba 0,1 mm/rok Kolonizace vrchovin 11.-12. stol, urychlená eroze v horní části povodí, sedimentace povodňových hlín v údolních nivách na středních a dolních tocích (vrstvy 3-5 m) – zejména dolní toky Dyje a Moravy V důsledku morfologie, půdních poměrů a způsobu využití půdy je na území ČR ohroženo různým stupněm silné vodní eroze více než 1,8 mil. ha zemědělské půdy (tj. přibližně 42 %). Mezi nejvíce postižené oblasti na Moravě patří Vizovická vrchovina, Podbeskydská pahorkatina, Litenčická pahorkatina, moravské úvaly. Odlesnění rozsáhlých lesních ploch – kůrovcová kalamita – možnost rozvoje erozních procesů Hostýnské vrchy – okolí Rajnochovic Přírodní park Podkomorské lesy – okolí Chudčic, okolí Bystrce Úpravy koryt vodních toků – zvýšení spádu, zvýšení eroze, napřimování toků Labe v úseku Jaroměř – Mělník v letech 1800-1950 zkráceno ze 400 km na 178 km. Morava – Litovelské Pomoraví, anastomóza, náhony, rozdělování průtoku na náhon, zánik anastomózního říčního typu a vznik typu s hlavním tokem korytem řeky Moravy Napřímení toku –zvýšení eroze- zaříznutí koryta- pokles hladiny podzemních vod- konsolidace povrchu nivy- změna nivní vegetace Sedimentace v korytě Poznámka - Zavlažovací kanály – čistá voda vyšší erozní schopnost – zpevňování břehů zvyšování dna řeky - zvyšování hrází Chuang che – místy 75 m nad terénem Příklad - Horní a střední tok Chuang-che (Žlutá řeka) - horské oblasti a rozsáhlá sprašová plošina (tabule). V důsledku odlesnění a intenzivního obhospodařování dochází k rozsáhlé plošné i stržové erozi a řekou transportovaný materiál je ukládán v podobě mohutných náplavových kuželů ve Východočínské nížině i v samotné deltě řeky. Šířka delty dosahuje 800 km a řeka se větví na 15 hlavních ramen. Protipovodňová ochrana - ochranné hráze (nejstarší jsou doloženy již z období 650 let př. n. l. – postupné navyšování hrází a v současnosti místy výška koryta až 75 m nad terénem a šířka koryta řeky 20 km. https://cs.wikipedia.org/wiki/%C5%BDlut%C3%A1_%C5%99eka#Pr%C5%AFb%C4%9Bh_toku Photo taken on September 17, 2008 shows the Yellow River, dubbed the 'mother river' of China, flows through Ningxia Hui Autonomous Region, an arid area in northwest China. [Xinhua] http://www.china.org.cn/environment/news/2009-05/21/content_17814265.htm Ningxia Hui - autonomní oblast SZ Čína Celkově je z území ČR průměrně vodními toky odnášeno 870 tis. t plavenin, 90 tis. t splavenin, 1 mil. t materiálu v roztoku a suspenzi ročně. Celkově je tak za našeho území v dlouhodobém průměru odnášeno 2 mil. tun materiálu, což přepočteno na objem (při objemové hmotnost 1 g.cm –3) odpovídá 2 mil. m3. Přepočet na plochu České republiky (78 866 km2), dostáváme hodnotu, která odpovídá úbytku mocnosti vrstvy 0,025 mm v průměru za rok. Obvykle je pro území ČR uváděna rychlost přepočtená za období 1000 let tj. 2,5 cm za 1000 let. Pravidelný monitoring plavenin ve vybraných stanicích provádí ČHMÚ od roku 1985 podrobněji Kirchner-Smolová 2010 Úpravy koryt vodních toků Výrazné ovlivnění fluviálních procesů způsobuje také regulace koryt vodních toků - celkové zkrácení délky říční sítě, urychlení odtoku vody z povodí. Úpravy koryt vodních toků: změny spádových poměrů důsledkem zkrácení je zvýšení eroze a úpravou břehů snížení přirozené infiltrace. Např. zkrácení délky vodních toků je příklad Labe v úseku Jaroměř– Mělník, kde se v letech 1800 až 1950 zkrátila délka toku ze 400 na 178 km. regulace toku Dyje, Vltavy, Jizery nebo Moravy. Kilianová (2001) uvádí v období let 1836 až 1999 celkové zkrácení délky toku Moravy o 67,34 km, s výraznou diferencí na horním, středním a dolním toku Moravy. Největší změny délky toku byly zaznamenány na dolním toku Moravy v Dolnomoravském úvalu, kde v období let 1836–1999 došlo ke zkrácení délky toku celkově o 48 km. Na středním toku v Hornomoravském úvalu došlo ke zkrácení o o 13 km a v Mohelnické brázdě o 6 km. Stav úprav na tocích ČR Upraveno 9270 km – 25 % celkové délky toků s povodím > 5 km2, nejvíce upravené jsou toky s povodím nad 250 km2 – 30 %, - ochrana před povodněmi üzvýšení průtočné kapacity, üzatápění inundačních území (Morava, Dyje - 27 tis. ha), - omezení účinků erozní a akumulační činnosti v korytě toku üupravení splaveninového režimu, üumožnění odběru povrchových vod üstabilizace koryta üobjekty upravující sklon üpřeložky toků, odvodňování zemědělské půdy, výstavba vodních cest (Labe: Střekov – hranice, Vltava: Vrané – Modřany, celkem 224 km). ü http://hgf10.vsb.cz/546/UT/chapter_1.html Řeka Morava v úseku Mikulčice – Tvrdonice 2. Vojenské mapování (1836-40) Morava současnost Velké vodní nádrže a jejich vlivy Ovlivnění fluviálních procesů v úseku nad přehradou: Degresivní akumulace, šíří se proti toku, vlna akumulace se šíří na řece Syrdarja až 0,6 km/rok, na řekách v rovině se šíří desítky až stovky km. Ovlivnění fluviálních procesů v úseku pod přehradou: Uvolnění energie, voda bez sedimentů, zahloubení koryta Procesy ve vlastní nádrži qVznik nových abrazních procesů q Vznik nových nebo oživení starých svahových procesů q Usazování sedimentů na dně nádrže q Ovlivnění endogenních procesů Sedimentace v přehradních nádržích je asi 100 x rychlejší než v jezerech přírodních (průměrná rychlost sedimentace 0,1-0,3 cm za rok) Rychlost v cm za rok: Hooverova přehrada 50, Asuánská přehrada 15, Slapy 4, Lipno 2, Nechranice 20. Brněnská přehrada - oblast přístaviště - Vev. Bitýška - Mečkov – květen 2009, Rokle červen 2009 Brněnská přehrada červenec 2009 Protierozní opatření Ø obecně organizační – specializace výroby Ø agrotechnická • orba po vrstevnici (snížení hodnoty eroze o ½,) • pásové obdělávání půdy snižuje hodnotu eroze o ¼, •Terasování svahů - eroze je téměř přerušena samovolný vznik teras. Rekultivace, hrazení bystřin – soubor prací, terasování toku, vegetační prostředky. Urychlení kryogenních procesů zvl. termokrasových Dlouhodobě zmrzlá půda – permafrost (permafrost) horniny s teplotou po dobu více než 2 roky pod bodem mrazu, kryogenní tvary souvisí se střídavým promrzáním a táním a s fázovými přeměnami vody, sezónní permafrost (měsíce) Narušení rovnováhy permafrostu – změna tepelné bilance (dochází k deformaci sněžného, rostlinného, půdního pokryvu, narušení povrchového odtoku ) Syngenetický led (polygony ledových klínů a čočky rovnoměrně rozloženy v souvislosti se sedimentací) Epigenetický led – rozložen při povrchu jednorázové zamrzání Degradace permafrostu - zvýšení teploty hornin a zemin, či zmenšení mocnosti permafrostu Degradace permafrostu může být regionální (např. oteplením podnebí) nebo lokální (např.narušením vegetace a vytvořením taliku Degradace permafrostu z hora vznik termokrasových sníženin Mírné svahy a rozvodí Tání polygonů ledových klínů, vypuklá jádra – výrazná jádra bez vegetace , bajdžarachy - celková sníženina ďujoďa, hromadění vody – sníženina alas, v hloubce bez promrzání talik, - zanikání jezera, promrzání pingo, spojování v termokrasová údolí Degradace permafrostu z boku – termoeroze, termoabraze, vedoucí k termoplanaci reliéfu Tání ledových klínů (prohlubně – strže v místech polygonů ledových klínů – mezi prohlubněmi jádra polygonů, bajdžarachy – vývoj amfiteatrální deprese, termokar – ústup stěny nižší úroveň polární nížiny Termokar u řeky Aldan – J.Demek https://docplayer.cz/113150857-Vyznam-kryogennich-jevu-pro-paleoklimaticke-a-paleoekologicke-rekons trukce-kvarteru.html Podzemní led ledových klínů – Jakutsk Hlavní aspekty narušení oblasti s permafrostem Narušení rostlinného a půdního krytu zvětšení radiační bilance, zvýšení průměrné roční teploty, zvětšení mocnosti činné vrstvy permafrostu - kácení lesa, požáry, - urbanizace - výstavba, - těžební práce, - vedeni produktovodů https://ekolist.cz/cz/zpravodajstvi/zpravy/tajici-permafrost-nici-silnice-i-stavby-inzenyri-tapou Jakutsk – výstavba – porušení panelových domů Jak1 Urychlení kryogenních procesů v oblasti dlouhodobě zmrzlé půdy v oblasti Centrální Jakutské nížiny Jak2 Údoní niva Angary severně Jakutsku, střední říční terasa Jak3 Severně Jakutsku dno alasu s degradací pingo Jak4 Severně Jakutsku - pingo Jak5 Severně Jakutsku březová tajga s lesní cestou – na kontaktu s polygony ledových klínů bahnité sníženiny Jak6 Nevýrazná degradace permafrostu na pastvině, která byly navázána na původně zoranou plochu Jak7 Degradace permafrostu na pastvině, která byly navázána na původně zoranou plochu – projevy morfologického zvýrazněné jader ledových klínů Jak8 Degradace permafrostu na pastvině, která byly navázána na původně zoranou plochu –vývoj bajdžarachů Jak9 Degradace permafrostu na obnaženém svahu komunikace –vývoj bajdžarachů Jak10 Degradace permafrostu na obnaženém svahu komunikace – vývoj bajdžarachů až sníženina zaplněná vodou dujoďa P1023653 P1023656 Fosilní kryogenní jevy pseudomorfózy – Žabovřesky – prosinec 2007 ražba tunelu mezi Žabovřeskou kotlinou a Řečkovicko-kuřimským prolomem v zářezu odkryty kryogenní jevy. Spraše, paleopůdy, terasové štěrky, neogénní sedimenty nadm. výška cca 240 m. P1023657 Ve spraších odkryty pohřbené paleopůdy a složitá síť klínovitých tvarů vyplněná černohnědým přemístěným materiálem pohřbených paleopůd. Makroskopicky lze v profilu rozeznat dva výrazné půdní horizonty, z nichž vybíhají klínovité útvary. PC313645 PC313645 P1023666 Interpretovat možno jako pseudomorfózy po ledových klínech. Na bocích klínovitých útvarů jsou stopy po tlaku ledu. Na dolních koncích jsou stopy po štěpení typické pro ledové klíny. PC313648 PC313642 Analýza profilů pseudomorfóz - permafrost se na Moravě opakovaně vyvíjel a degradoval i v nižších nadmořských výškách v chladných obdobích pleistocénu. Ledové klíny vyžadují pro svůj vývoj a uchování určité klimatické, zejména teplotní podmínky. Podle analogie se současnými periglaciálními oblastmi - předpoklad průměrná roční teplota vzduchu během agradace permafrostu a vzniku ledových klínů byla cca. -6 až -8 oC. Během klimatického oteplení a degradace permafrostu byl prostor ledových klínů zaplněn roztátým a sesouvajícím se materiálem z paleopůd a vznikly pseudomorfózy po ledových klínech. Urychlení krasových procesů Krasové procesy jsou pochody v krasových oblastech. Termínem kras je v geomorfologii označován soubor tvarů reliéfu v krasových (propustných a rozpustných) horninách. Kras je výsledkem interakcí mezi rozpustnými horninami a krasovými procesy (koroze, eroze). Za krasové horniny považujeme uhličitanové (karbonátové) horniny, které jsou rozpustné vodou obsahující oxid uhličitý (CO2), a evapority, což jsou usazeniny vzniklé krystalizací ze slaných vod, v nichž se obsah solí koncentruje odpařováním (evaporací) – sůl kamenná, sádrovec a řadí se sem i led. Proces krasovění spočívá především v korozi stěn puklin v krasových horninách a probíhá až na bázi krasovějících hornin nezávisle na hlavní erozní bázi, protože voda v krasu obíhá pod hydrostatickým tlakem. Mezi nejvýznamnější způsoby ovlivnění krasovění lze považovat: Ø těžbu karbonátových hornin, Ø narušení hydrogeologického prostředí (změny odtoku vody, snížení hladiny podzemních vod, čerpání vody z vápencových lomů), Ø zatížení krasových oblastí - úniky odpadních a technologických vod. Urychlení krasových procesů se na povrchu projevuje: vznikem nových závrtů nebo rychlejším prohlubováním již existujících. V důsledku zatížení (statického i dynamického) povrchu krasových oblastí dochází v nestabilních oblastech - k řícení podzemních dutin, - vzniku antropogenně podmíněných řícených závrtů nebo jeskyní (oblasti nové obytné zástavby, při výstavbě rekreačních a sportovních areálů či při nevhodné lokalizaci staveb jako doprovodných investic při zpřístupňování podzemních prostor ). Další negativní dopady - úniky odpadních a technologických vod s obsahem chemických látek – urychlení procesu krasovění. Ovlivnění podzemních krasových oblastí antropogenně podmíněné speleoklimatické změny (např. zvýšení teploty, snížení relativní vlhkosti vzduchu nebo zvýšení koncentrací CO2) - návštěvníci, osvětlení Zemědělství - znečištění podzemních vod Ražba nových vstupů do jeskynních systémů (vstup do Nové Amatérské jeskyně v Pustém žlebu), Ovlivňování vody v jeskynním systému - zpřístupňování Pukevní jeskyně - k překonání až 18 m hlubokých sifonů byla v letech 1928–1929 vyražena odvodňovací štola o celkové délce v 447 m se stavidly, jimiž bylo možno regulovat hladinu Punkvy až o 6 m. Následně došlo v letech 1927–1933 pod vedením profesora K. Absolona k odčerpání vody, a celkově tak byla snížena hladina Punkvy až o 20 m. Autor: Pajast, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3493937 Punkevní jeskyně – vodní plavba Urychlení eolických procesů K urychlení a větší intenzitě přispívají zejména: Øzměny vegetačního krytu, Øzemědělské obhospodařování v aridních (suchých) a semiaridních (polosuchých) oblastech, Ø nadměrná pastva, Ø rozrušení povrchu těžbou (například štěrkopísků, sprašových hlín). Větrná eroze , větrný odnos (deflace), sedimentace Prašné bouře (černé bouře) USA, 1935 Kansas, prašný mrak do výšky 1,6 km, obsah 35 000 t/km3 Desertifikace, Sahara, zejména pastva rozšíření do oblasti Sahelu, růst 1 km ročně, oblast jezera Bajkal Česká republika doloženy prachové bouře v Bílých Karpatech, Vizovické vrchovině nebo na Znojemsku. Nejvíce ohrožené eolickou erozí - jižní Morava - nejrizikovější katastrální území Dubňany, Mutěnice, Mikulov na Moravě, Vranovice nad Svratkou, Hrádek u Znojma, Hrušovany nad Jevišovkou, Litobratřice, Šanov nad Jevišovkou a Velký Karlov - např. v k. ú. Dubňany je větrnou erozí ohroženo více než 700 ha orné půdy, v k. ú. Mutěnice 1300 ha a v k. ú. Litobratřice 1200 ha. Urychlení eolické eroze je zejména důsledkem intenzivního obdělávání pozemků. Došlo k odlesnění rozsáhlých ploch a rostoucí intenzita v 70. a 80. letech 20. století - důsledek zcelování pozemků a vytváření velkých lánů bez realizace protierozní ochrany. Antropogenní průmyslové krajiny - rychlost eolické sedimentace v cm za 1000 let - New York 110, - Praha (celoroční průměr) 600, - Podkrušnohoří (celoroční průměr) 1400, průměr pro Evropu 4. pro Severní Ameriku 6,5. P1050411 Příklad - Brněnská přehrada – působení eolických procesů P1050408 P1050407 Urychlení marinních a lakustrinních procesů Marinní procesy(lakustrinní) - exogenní geomorfologické procesy v pobřežním pásmu. Pobřežní linie - proměnlivá kontaktní hranice mezi vodou a souší, přímoří (coast) je definováno jako pevnina ležící podél mořského břehu a pobřeží (shore), jako část pobřeží, která se rozkládá mezi pobřežní linií při odlivu a linií, kam až zasahuje příboj při přílivu. K urychlení marinních a lakustrinních procesů dochází v pobřežních oblastech, které jsou ovlivněny antropogenní činností zejména průmyslovou činností nebo rozšiřováním ploch pro rekreaci a sport. Pobřežní oblasti, které tvoří pláže a mělčiny, snižují energii vln postupujících k pobřeží a přirozeně chrání pobřeží před narušením marinními a lakustrinními procesy. Jakákoliv změna (narušení) přírodního prostředí pak ovlivní rychlost procesů, nejčastěji pak dochází k urychlení abrazních procesů. Přímé ovlivnění Øvýstavba hrází na mořském nebo jezerním pobřeží, Øpovrchová těžba v šelfu, Øvýstavba nových ostrovů v pobřežní oblasti, Øúprava pláží, Østavba vlnolamů, Øvyužití energie vln (přílivové elektrárny). Nepřímé ovlivnění: Øsnížení množství materiálů přinášených vodními toky (zadržení v přehradách, regulace, řek, těžba štěrku z pobřeží) → zvýšení abraze, Øpodpovrchová těžba na šelfu (např. ropa a zemní plyn). Např. dochází ke zvýšení abraze, např. zachycení sedimentů Nilu v Asuánské přehradě - rozrušování nilské delty Abrazní procesy na přehradách Ukončení procesů - vytvoření rovnovážného profilu pobřežního svahu Přírodní podmínky – vlastnosti hornin, morfografické vlastnosti svahu, hydrologické podmínky (vodní proudy, led), klimatické poměry (vítr) Antropogenní podmínky – režim nádrže, výstavba objektů na březích, ochranná opatření na březích, činnost na přilehlých svazích, plavba a s tím spojená vznik vln. Abrazní procesy na přehradách Ukončení procesů - vytvoření rovnovážného profilu pobřežního svahu Přírodní podmínky – vlastnosti hornin, morfografické vlastnosti svahu, hydrologické podmínky (vodní proudy, led), klimatické poměry (vítr) Antropogenní podmínky – režim nádrže, výstavba objektů na březích, ochranná opatření na březích, činnost na přilehlých svazích, plavba a s tím spojená vznik vln. Přístav Bodrum – Turecko – ochranné hráze PB125167 PC300042 Brněnská přehrada –Sokolské koupaliště abraze Příklad Brněnská přehrada Urychlení geomorfologických procesů spojených s působením podzemní vody Aktivizace sufoze - čerpání podzemní vody, - soustředěný odtok z asfaltových ploch, - odtok v kanalizačních systémech, - ztráty vody při zavlažování, - poklesy hladin vodních nádrží (vývoj sufoze v nezpevněných sedimentech) Brno 15. února 1976 - 12:50 hod. ul. Pekařská v Brně - propad vozovky u chodníku na tramvajovém ostrůvku před nemocnicí Sv. Anny (v jámě muž a jedna žena). Pětačtyřicetiletou Marii Bartošovou (45 let) se nepodařilo najít. Poškozené vodovodní potrubí na Pekařské – pokles tlaku vody ve vodárně Kráter hloubka 3-3,5 m hloubka 1992 zbytky kostry v brně Černovicích Zpomalení přírodních exogenních procesů (podrobněji Kirchner-Smolová, 2010 kap. 7.2.). Svahové procesy zaplnění trhlin v terénu, drenážování vrty, štoly) Technické (odvádění vody přitékající na ohrožené území, odvádění vody ), vegetace odvádí vodu, snižuje vlhkost, technická opatření kotvené zdi, piloty, gabiony, přitížení paty svahu Arnolda vila – pilotová kotvená stěna – březen 2022 Marinní a lakustrinní procesy biotechnické a technické prostředky (vlnolamy, mola, výhony, ochranné zdi) Eolické procesy pěstitelské metody (pěstování jednoletých výškově rozdílných rostlin, větrolamy), Fluviální procesy - eroze ohrožené území technické prostředky (terasování svahů, odvodňování, zatravňování, zalesňování zvyšování infiltrace (vsakovací pásy), biotechnické prostředky (břehové porosty), technické prostředky (zachycování plavenin a splavenin)