Fluviální geomorfologie
Lekce 2
Hydrologie povodí: povrchový odtok, hydrologické extrémy, srážko-odtokové vztahy
drevovkoryte

Osnova přednášky
nVariabilita povrchového odtoku
nTvorba povrchového odtoku
nExtrémní hydrologické události (povodně, sucha)
nSrážko-odtokové vztahy
n

Hydrologická bilance povodí
nVstupy a výstupy vody v povodí:
n vstup = srážky, výstupy = výpar (evapotranspirace) a říční odtok.
nBilanční rovnice odtoku z povodí:
nO = S – E
nO … odtoková výška, S … srážky, E … evapotranspirace
nHydrogeologické povodí = transfer vody mezi povodími, významný pouze v krasových oblastech.
hzdrogeologicképovodí

Rozložení odtoku na Zemi
nRozložení odtoku v globálním měřítku určováno klimatickými podmínkami (atmosférická cirkulace,
rozložení srážek).
nHodnoty odtokové výšky: rovníkové oblasti + západní návětrné strany kontinentů > 1000 mm, suché
vnitrozemské oblasti + polární oblasti < 20 mm.
světovýodtok

Základní hydrologické režimy světových řek (Beckinsale 1969)
nMegatermický – tropické vlhké oblasti: největší odtok během léta, minima koncem zimy a na počátku
jara.
nMegatermický – mírně teplé a vlhké oblasti subtropů a mírného pásma: celkem 5 podskupin;  příklad:
celoročně víceméně vyrovnaný odtok se slabým minimem v letní sezóně.
nMikrotermický: vyšší zeměpisné šířky (průměrná teplota alespoň jednoho měsíce menší než – 3°C,
sněhová pokrývka leží alespoň 1 měsíc); od prosince do dubna odtok nízký, vzrůst v  květnu a červnu
(tání sněhu) a setrvalý stav v létě (letní deště).
nHorský: velké nadmořské výšky; letní maximum odtoku (tání sněhu a ledovců), výrazné rozdíly
v odtoku mezi dnem/nocí.

Roční rozložení odtoku vybraných řek světa
A.Irrawaddy
B.Temže
C.Jenisej
D.Massa River
vodnírežim

Variabilita povrchového odtoku
nRozložení odtoku během roku je výsledkem interakce: geologie, morfometrie povodí, půd, vegetace a
klimatu; vzrůstá vliv člověka.
nVliv plochy povodí a geologie
nPlocha povodí ovlivňuje celkové množství zachycených srážek a následně velikost odtoku z povodí.
nPovodí  s geologií příznivou pro akumulaci velkých zásob podzemní vody mají čáry překročení ploché
(např. říční štěrky, pískovce), v opačném případě strmé (např. nepropustné jíly, slíny); tvar
křivky ovlivňují i půdní poměry.
čárapřekročení

Vliv vegetace
nCharakter vegtace ovlivňuje: intercepci, evapotranspiraci, pohyb a akumulaci vlhkosti v půdě,
způsob akumuluce sněhu, aj.
nRozdílné typy vegetace mají jiný vliv na hodnoty výparu – výpar je větší v lesních porostech než
na trvalých travních porostech.
nPříklad: bukový les s roční srážkou 1530 mm, na povrch půdy propršelo průměrně 69 % vody (tj. 1060
mm), 2 % stekly po kmenech stromů; sezónní změny v intercepci – léto (stromy mají listí a teploty
jsou vyšší) ztráta 35 %, zima – ztráta pouze 22 %.

Vliv člověka
nZměny land-use (odlesňování).
nVliv přehradních nádrží:
n - přehrada na řece Peace v Kanadě – snížení ročního rozpětí průtoků ze 150 – 9000 m3.s-1 na
pouhých 500 – 2000 m3.s-1,
n - přehrady na Murray-Darling v Austrálii – změna rozložení odtoku během roku.
n - výpar z volné hladiny přehradní nádrže (povodí Dněstru – zmenšení odtoku o 20%).
n
vlivpřehrady

Ovlivnění průtoků přehradními nádržemi v Moravsko-slezských Beskydech
nBudování přehrad v 50. a 60. letech 20. stol. - Žermanice (Lučina), Baška (Baštice), Olešná
(Olešná), Morávka (Morávka) a Šance (Ostravice).
nSetření denního kolísání průtoku při jarním tání sněhu.
přehradyvBeskydech Ostravice

nUmělé převody vody mezi povodími.
nUrbanizace rozsáhlých oblastí (rozrůstání ploch s nepropustným povrchem, budování kanalizačních
sítí).
trendnaTemži schémaodtoku

Tvorba povrchového odtoku
nZákladní odtok = povrchový odtok udržovaný ze zásob podzemní vody.
n
n
prameny

nRychlost vyprazdňování zásob podzemní vody do vodních toků lze vyjádřit pomocí Darcyho zákona:
n u = k (Δh/Δl)
nu … filtrační rychlost, k … filtrační koeficient (m.d-1), h … rozdíl výšky hladiny (m), l …
vzdálenost mezi měřícími body ve směru pohybu vody (m).
nHodnoty filtračního koeficientu pro různé horniny:
njíl = 0,2 mm.d-1
nstředně hrubý písek = 2 m.d-1
nstředně hrubý štěrk = 270 m.d-1

Průběh vyprazdňování zásob podzemní vody do vodních toků
nSuché roky 1972/73 a 1975/76, v roce 1976 vyschlo 60% koryt potoků a řek v povodí Soar.
kolísánípodzvody

Přímý odtok – cesty pohybu vody do vodního toku
n1) Podzemní odtok
n2) Boční odtok půdou
n3) Hortonovský povrchový odtok
n4) Povrchový odtok po nasycení půdy
n
povrchovýodtok

Vznik povrchového odtoku
nPovrchový odtok vzniká dvěma způsoby:
n - hortonovský povrchový odtok,
n - povrchový odtok po nasycení půdy.
n
Charakteristika
Hortonovský povrchový odtok
Povrchový odtok z nasycení půdy
Srážky
Silně závislý na intenzitě srážek
Více závislý na trvání srážek
Infiltrace
Nejdůležitější je infiltrační kapacita povrchu
Více důležitá je propustnost hlubších půdních horizontů
Rozmístění
   časové

 prostorové
(i)přírodní prostředí
(ii)lokálně v povodí
Začne brzy po začátku deště, když je jeho intenzita dostatečně velká
Semiaridní oblasti s řídkou vegetací a mělkými půdami
Výskyt na celé ploše povodí
Začne pouze pokud je půda nasycena vodou
Humidní oblasti s hustou vegetací a dobře vyvinutými půdami
Omezen jen na oblasti s vodou nasycenou půdou
Změny po svahu
Lineární nárůst odtoku dolů po svahu
Složitější změny odtoku na svazích

Vliv tvaru svahu na obsah vody v půdě
Scan0001 vlhkostnasvazích


Tvorba povrchového odtoku v malém povodí (povrchový odtok po nasycení půdy)
produkcevodzvpovodí


Extrémní hydrologické události
nN-letý průtok
nPřibližně 20-letá povodeň nastala na Vltavě v Praze v letech 1831, 1847, 1876, 1896  1900, 1954 a
1981 → intervaly 16, 29, 20, 4, 54 a 27 let.
Povod_7a

Určení velikosti N-letého průtoku
nŘada maximálních ročních průtoků
nŘada průtoků nad určitým limitem
n„Řada ročního překročení“
n
n
n
nP = (r)/(n+1)
nN = 1/P = (n+1)/(r)
nP … pravděpodobnost překročení daného průtoku,
nr …  pořadové číslo daného průtoku,
np … počet prvků řady.
opakovánípovodní

Sucha
nTypy sucha (Thornthwaite, 1947):
npermanentní (pouště a polopouště)
nsezónní (střídavě vlhké a suché klima)
nnahodilé (humidní oblasti)
nskryté (srážky časté, ale nestačí krýt výpar)
nSuché období = období roku kdy není překročen M-denní průtok Q355.
nHodnoty minimálních průtoků jsou ovlivněny spíše plochou povodí a geologií.
průtokyvSenegalu

Povodně
nPlocha a tvar křivky závisí na následujících faktorech:
nintenzitě a délce trvání deště,
nvelikosti a tvaru povodí a říční sítě,
nspádu vodních toků,
nnasycenosti půdy vodou po  posledním dešti,
nantropogenních vlivech (land-use, poloha přehrad).
hydrograf

Vliv charakteru srážek
nVznik povodně = intenzivní přívalové srážky, dlouhodobé vydatné srážky.
nSvět - běžně intenzita 250 mm.h-1, krátkodobě (s trváním do 20 min) až 400 mm.h-1.
nStřední Evropa - extrémy vzácnější, denní srážky nad 300 mm zcela mimořádné.
nPovodeň 2002 - 12.8.2002, stanice Cínovec v Krušných horách -- 312 mm; 13.8. 2002, stanice Knajpa
v Jizerských horách -- 278 mm.
nČeský rekord - 29.7.1897, stanice Nová Louka v Jizerských horách -- 345,1 mm.
nRekord pro Moravu a české Slezsko - 9.7.1903,stanice Nová Červená voda na Jesenicku -- 240,2 mm;
červenec 1997 – povodeň na Moravě: 6.7.1997, stanice Lysá hora v Moravskoslezských Beskydech –
„jen“ 233,8 mm.

Vliv charakteru povodí
nFaktory ovlivňující průchod povodňové vlny povodím:
ntvar povodí, hustota údolní sítě
nrelativní převýšení povodí
npropustnost hornin
ntyp a hustota vegetačního krytu
nHory: strmé údolní svahy + velký spád koryt + vysoká hustota říční sítě = rychlý nástup povodně,
často bleskové povodně, rychlý návrat na úroveň základního odtoku.
nNížiny: menší spád koryt, zplošťování povodňové vlny v důsledku rozlivu vody do údolní nivy, svahy
jsou od koryta odděleny úpatními (koluviálními) a říčními sedimenty.

Vliv geologie na hodnoty extrémních průtoků
nMole = povodí na nepropustném podloží.
nKennet = povodí na propustném podloží.
vlivpodložínaodtok

Vliv člověka
nAntropogenní ovlivnění:
nobsahu půdní vody,
nvýšky hladiny podzemní vody.
nNapř. odvodňovací příkopy = umělé zvýšení hustoty říční sítě a urychlení povrchového odtoku,
podzemní drenáže = odvodnění půdy a zvýšení její retenční schopnosti.
vlivodvodňování

Vliv člověka
ovlivněníodtoku2 ovlivněníodtoku3 ovlivněníodtoku4


Srážko-odtokové vztahy
nNedostatek limnigrafických stanic, dostatek srážkoměrných stanic – srážky slouží k výpočtu
očekávaného kulminačního průtoku povodně.
n Přístupy k výpočtu kulminačních průtoků:
nempirické modelování,
nteoretické modelování.
nEmpirické modelování
n Čas koncentrace (Tc) = doba za kterou odteče voda z nejvzdálenějšího konce povodí až k jeho ústí.
n Qk = cAi
n Qk … kulminační průtok, c … podíl srážkové vody, která odteče jako povrchový odtok, A … plocha
povodí, i … průměrná intenzita deště v čase Tc
n

nTeoretické modelování
nVznik povodně je ovlivňován příliš mnoha dynamickými faktory, které nelze v terénu měřit.
nGeneral catchment model
modelodtoku

nKritickým bodem modelu je zásoba půdní vody.
nDeficit půdní vláhy (DPV): množství vody vyjádřené v mm, které je nutné pro obnovení tzv. polní
vodní kapacity půdy, tj. maxima vody které půda může pojmout při působení gravitace.
vláhovýdeficitpůdz

Transformace povodňové vlny vlastnostmi koryta a údolní sítě
nOvlivňující faktory: a. spád, b. šířka údolního dna.
nÚzká údolí s velkým spádem – rychlý průchod a malá transformace povodňové vlny; široká údolní niva
s malým spádem – zplošťování povodňové vlny.
rychlostvodyvnivě