14. Sladká voda na kontinentech Obr. 14.1/359 - SS - povrchová a podpovrchová voda tvoří jen malou část zásob vody v hydrosféře - oběh vody: výpar z oceánů a pevniny -> srážky -> část srážek se vrací do atmosféry výparem z půdy, část odtéká z pevniny povrchovým nebo podzemním odtokem - hydrologie -- komplexní studium vody na Zemi, tj. systému povrchových a podpovrchových vod - srážky vypadávající na povrch se dostávají do půdy infiltrací, tj. působením gravitace pronikají mezerami mezi půdními částicemi (pukliny, otvory po živočiších, prostory po ledových krystalcích aj.) - voda, která se dostane do půdy je půdní voda a vytváří zvodnělou vrstvu (soil water belt) -- voda z této vrstvy se může dostat na povrch nebo do atmosféry evapotranspirací (výpar + transpirace) Obr. 14.2/360 - SS - pokud se voda nestačí vsakovat (intenzivní déšť nebo půda je nasycena), vzniká na povrchu plošný odtok -- ron -> ronové rýhy -> erozní rýhy - při odtoku dochází k odnosu částic a rozpustných látek a vytváření toků a řek -- modelační činitel v krajině 14.1 Podzemní voda Obr. 14.3/361 - voda proniká díky gravitaci do hloubky - podzemní voda -- část podpovrchové vody, která vyplňuje zónu saturace (pásmo nasycení) - hladina podzemní vody odděluje zónu saturace od svrchní vrstvy, kde póry nejsou plně vyplněny vodou -- pásmo provzdušnění (zóna aerace) -- voda se zde drží díky kapilárnímu napětí (tenký film vody na povrchu minerálů) -- kapilární voda - různé dráhy pronikání vody do hloubky a do toků 14.1.1 Hladina podzemní vody Obr. 14.4/361 - hladina podzemní vody sahá nejvýše pod vrcholy kopců a rozvodí (souvisí se vsakováním) a klesá směrem k údolím, kde odpovídá úrovni řek, jezer nebo bažin (prosakování) - při srážkách roste hladina vody pod vrcholy kopců a rozvodí, v období sucha zase klesá 14.1.2 Zvodnělé vrstvy - sedimentární vrstvy výrazně ovlivňují ukládání a pohyb podzemní vody - zvodnělá vrstva (zvodeň) -- podloží písku nebo pískovce, obsahující volně protékající podzemní vodu - nepropustná vrstva -- podloží jílů nebo břidlic obsahují málo volné vody - čočkovité břidlice vytváří zavěšené vodní těleso Obr. 14.5/362 - je-li propustná vrstva mezi dvěma nepropustnými, je voda v propustné vrstvě pod tlakem a při navrtání nadložní vrstvy vystřikuje nad povrch -- artéská voda (studna) Obr. 14.6/362 14.2 Rozpouštění vápence podzemní vodou - pomalý tok podzemní vody v zóně saturace může rozpouštět vápenec za vzniku podzemních jeskyň, nad nimiž se může povrch propadnout 14.2.1 Vápencové jeskyně - propojené podzemní prostory v podloží vytvořené působením cirkulující podzemní vody na vápenec Obr. 14.7/363 - vývoj jeskyní: kyselina uhličitá je zvlášť koncentrovaná v zóně saturace pod hladinou podzemní vody -- vznikají tunely, otevřené komory, velké komíny, protékané vodou -- prohloubení toků -- snížení hladiny podzemní vody -- jeskynní systém nyní nad zónou saturace -- ukládání uhličitanů (travertin) -- stalaktity, stalagmity, sloupy, sintrové povlaky, terasy 14.2.2 Krasové krajiny - v oblasti vápenců vznikají unikátní krajinné tvary, pojmenované podle Dalmácie v Chorvatsku jako kras - závrt -- povrchová deprese v oblasti vápencových jeskyň, může být vyplněna erodovaným materiálem z okolních svahů - tvorba krasové krajiny -- četné tunelovité závrty, později propad jeskyní, krasové kaňony Obr. 14.10/364 14.3 Problémy managementu podzemní vody - rostoucí potřeba podzemní vody: růst počtu městského obyvatelstva a rozvoj ekonomických aktivit, zavlažování ze studní 14.3.1 Pokles hladiny podzemní vody Obr. 14.12/368 - SS - čerpání podzemní vody ze studní vede ke vzniku depresního kužele, který může sahat až 16 km od studny - hloubka depresního kužele -- rozdíl ve výše mezi vrcholem kužele a původní úrovní podzemní vody - při více intenzívně využívaných studních pokles hladiny podzemní vody, která nestačí být doplňována - vedlejším produktem intenzivního čerpání podzemní vody je pokles povrchu (čerpání vody z podložních sedimentů) 14.3.2 Kontaminace podzemní vody - znečištění látkami, které infiltrují půdou a dosahují podzemní vody -- pevné a kapalné odpady - škodlivé látky jsou často srážkovou vodou vymývány ze skládek a znečistí podzemní vodu i řeky Obr. 14.13/368 -- SS - u studní na pobřeží je nebezpečné znečištění slanou vodou 14.4 Povrchová voda 14.4.1 Povrchový odtok - povrchový odtok vytváří různé formy: a) souvislá tenká vrstva (film) po hladkém povrchu půdy nebo hornin -- plošný odtok (ron) b) hrubý nebo důlkovitý povrch -- podoba řady malých potůčků (ronové rýhy) , spojující jednu rýhu s druhou do erozních rýh c) zatravněný povrch -- povrchový odtok je rozdělen do nesčetných malých proudů, tekoucích kolem stonků d) zalesněné svahy -- omezení odtoku v důsledku intercepce srážek - povrchový odtok přechází do toků -- dlouhé, úzké tvary vyplněné tekoucí vodou, pohybující se ve směru sklonu v důsledku gravitace - koryto toku -- úzká brázda, obsahující tekoucí vodu, unášející splaveniny (pevné částice minerálních a organických látek), které se dělí na: a) plaveniny -- vznášející se jemné, různě velké části převážně minerálního původu, pocházející z povodí nebo vlastního řečiště b) dnové splaveniny -- pevné částice pohybující se převážně v kontaktu s dnem koryta válením, sunutím a poskakováním - protože voda při dně unáší dnové splaveniny a překonává odpor dna -- pomalejší pohyb vody (nejrychlejší ve střední části profilu) Obr. 14.15/369 - SS - pokud tok zahýbá, je největší rychlost při vnější straně oblouku -- vznik meandrů Obr. 3.7/173 -- FG I - pohyb vody ovlivněn turbulencí -- systémem vírů, které stále vznikají a zanikají 14.4.2 Průtok - průtok -- objem vody, který proteče průtočným profilem řeky za jednotku času (m^3.s^-1) - změny gradientu (sklonu koryta) řeky ovlivňují změny průtočného profilu toku a rychlosti tekoucí vody bez změny průtoku: větší sklon - větší rychlost tekoucí vody, menší průtočný profil, menší sklon -- menší rychlost, větší průtočný profil Obr. 14.16/370 - SS měření průtoků -- rychlost (měřena hydrometrickou vrtulí) v m.s^-1 krát plocha průtočného profilu v m^2 průtoky -- důležitá hydrologická charakteristika využívaná v praxi (spotřeba vody, povodně aj.) průtok na větších řekách roste směrem od pramene po toku přibíráním přítoků -- čím větší je průtočný profil, tím menší je gradient toku (např. na dolní Mississippi je převýšení 3 cm na 1 km) 14.4.3 Systém odtoku - jak se řeka pohybuje z pramenné části ve směru spádu do menší nadmořské výšky, vytváří postupně odtokový systém (koryta jednotlivých toků a přilehlé svahy) - hranice mezi svahy odvodňovanými do různých toků tvoří rozvodí mezi těmito toky - celý systém propojený odtokem vytváří odtokovou pánev - odtokový systém vázaný na jeden tok vytváří jeho povodí Obr. 14.18/371 - SS 14.4.4 Povodně - problém definování povodně: povodeň -- řeka vystupuje z koryta a zaplavuje břehy a okolí - řeka se během povodně rozlévá do údolní nivy -- zpravidla širokého rovinného pásu kolem koryta řeky - N-letost povodní -- na základě dosavadních měření se počítá průměrná doba opakování určité hodnoty průtoků (vodních stavů) Obr. -- povodně na Vltavě v Praze a Labi v Děčíně - druhy povodní podle meteorologických příčin: a) bleskové povodně -- přívalové srážky a náhlý povrchový odtok velkého množství vody, velké lokální škody, příp. oběti na životech b) povodně z několikadenních trvalých srážek -- postihují větší oblasti (podle velikosti srážkové oblasti a kam je oblast odvodňována), škody v regionálním nebo supra-regionálním měřítku, oběti na životech c) povodně z tání sněhové pokrývky -- souvisí s náhlým oteplením a táním velkého množství sněhu, často doprovázených srážkami, postihují větší oblasti, výraznější ve středních a dolních částech toků d) povodně z chodu ledu -- po náhlém tání a odchodu ledu může dojít k zablokování koryta ledovými krami (tzv. ledová zácpa) a ke vzdutí vody za touto překážkou - ochrana před povodněmi: a) v období bez povodní: racionální využívání a plánovaní aktivit v krajině (land-use, průtočnost údolní nivy, ochranná zařízení, cvičení záchranných složek, příprava obyvatelstva) b) před začátkem povodně a během ní: předpověď počasí a hydrologická předpověď - vyhlašování tří stupňů povodňové aktivity -- organizace záchranných prací c) po povodni: organizace aktivit směřujících k obnovení normálního chodu života společnosti -- pomoc postiženým - pozitivní vlivy povodní -- zvýšení hladiny podzemní vody, obohacení zaplavených půd, lužní lesy 14.4.5 Jezera - jezero -- vodní těleso vystavené v horní části atmosféře bez významného gradientu - přívod vody: vodní tok, plošný povrchový přítok, podzemní přítok - ztráta vody: odtok vodním tokem, výpar - jezerní pánve různého geologického původu -- hluboká jezera na tektonických zlomech, hrazená jezera tokem lávy nebo sesuvy půdy - hladina jezer koresponduje s hladinou podzemní vody - sladkovodní mokřady a bažiny (wetlands) Obr. 14.21/374 - SS - jezera jsou z geologického hlediska krátkodobými formami v krajině -- mohou vznikat následovně: a) zahlubováním toku odvádějícím vodu z jezera b) akumulací anorganických sedimentů a organického materiálu produkovaného v jezeře (rostliny, živočichové) -> rašeliniště c) změnou klimatu -- vysušování při poklesu srážek - využití jezer: zdroj pitné vody, zavlažování, elektrická energie, rekreace, přírodní scenérie - vytváření umělých "jezer" přehrazováním toků -- rybníky 14.4.6 Slaná jezera a slaniska - v aridních oblastech typická bezodtoká jezera -- ztráty vody výparem mohou být vyrovnávány přívodem z vodního toku (v závislosti na vodní bilanci zvětšování nebo zmenšování plochy jezera -- např. Aralské jezero) - výparem z jezer se uvolňuje voda, ale rozpuštěné soli ve vodě zůstávají, takže salinita může postupně narůstat -- sůl může vysrážet v podobě pevných krystalků (evapority) - některá slaná jezera leží pod hladinou moře (Mrtvé moře -396 m, největší světové jezero Kaspické moře -25 m) - převažuje-li výpar nad přívodem vody -- mělké pánve vyplněné sedimenty solí (slaniska, suchá jezera -- zřídka pokryty mělkou vrstvou vody) - využití solí ze slanisek (výpar mělkých vod Arabského moře) 14.4.7 Zavlažování pouští - staré civilizace Egypt a Mezopotámie -- přívod vod řekami pro zavlažování z oblastí mimo poušť - zavlažování vodami takových řek jako Nil, Indus, Jordán nebo Colorado může trpět: a) zasolováním -- díky velkému výparu zůstává sůl obsažená ve vodě na zavlažování na povrchu a zvyšuje se koncentrace soli (přivádění většího množství vody -- sůl proniká níže pod povrch) b) "waterlogging" (zamokření) -- při zavlažování větším množstvím vody se zóna saturace dostává těsně k povrchu (do dosahu kořenového systému rostlin) -> dostane-li se voda až k povrchu, nastává opět zasolování - zasolováním trpí např. údolí řeky Indus v Pakistánu, Eufratu v Sýrii, delta Nilu v Egyptě, semiaridní a aridní oblasti západu USA 14.4.8 Znečištění povrchových vod - znečištěniny povrchových a podzemních vod -- sulfátové, chloridové, sodnaté, dusičnanové, fosfátové a vápníkové ionty - jejich zdroje: stoční kal, solení silnic, údržba trávníků (vápno, hnojiva) v urbánních oblastech, hnojiva a odpady z chovu dobytka v zemědělství - dusičnanové a fosfátové ionty -- podpora růstu řas a vodních rostlin (eutrofizace) -> mikroorganismy spotřebovávají kyslík při rozkladu -> redukce obsahu kyslíku, nedostatek pro jiné organismy -> zaplňování sedimenty a organickým materiálem - kyselé důlní vody -- voda obsahuje kyseliny síry a různé soli kovů, hlavně železa (úhyn ryb) - toxické kovy (mj. rtuť), pesticidy, jiné průmyslové chemikálie, stoční kaly (baktérie a viry) - tepelné znečištění -- přívod teplé vody do toků, estuárií a jezer - kontaminace radioaktivními částicemi 14.5 Povrchová voda jako přírodní zdroj - rostoucí spotřeba vody: zdroj vody pro zemědělství a průmyslové aktivity zásobování městských oblastí z vodních rezervoárů zavlažování výroba elektrické energie ve vodních elektrárnách říční doprava spotřeba vody v domácnostech voda pro chladící zařízení (např. elektrárny) Obr. 14.25/377 - SS - povrchová voda je (na rozdíl od podzemní) jímána jen v malém množství -- potřeba racionálního hospodaření s vodou Literatura: Netopil, R. a kol. (1984): Fyzická geografie I. SPN, Praha. Kap. 3.4.2: s. 163-177. 163-Kap. 3.6: s. 202-209. Kap. 3.7: s. 219-231. Strahler, A., Strahler, A. (1999): Introducing Physical Geography. Wiley, New York. Kap. 14: Fresh Water of the Continents, s. 359-379.