ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE

Fakulta stavební

Katedra hydrauliky a hydrologie

Praha 2017

Lesy a jejich vliv na srážkoodtokové parametry

Seminární práce

Jiří Souček

Obsah Obsah .................................................................................................................................................0

1. Úvod ...............................................................................................................................................1

2. Rozbor základních faktorů srážkoodtokových procesů .....................................................................2

2.1. Atmosferické srážky .................................................................................................................2

2.2. Intercepce srážek .....................................................................................................................2

2.3. Lesní půda ................................................................................................................................3

2.4. Výpar a transpirace ..................................................................................................................4

2.4.1 Výpar z povrchu půdy .........................................................................................................4

2.4.2 Evapotranspirace přízemní vegetace...................................................................................5

2.4.3 Celková evapotranspirace lesních ekosystémů ....................................................................5

2.5. Změny související s lidskou činností ..........................................................................................6

2.5.1. Vliv skladby lesních ekosystémů ........................................................................................6

2.5.2. Vliv odlesnění ....................................................................................................................6

2.5.3 Vliv lesních komunikací .......................................................................................................8

3. Shrnutí a závěr .............................................................................................................................. 10

4. Literatura a zdroje informací ......................................................................................................... 11

1

1. Úvod

Tato práce se věnuje vztahu lesa na odtokové parametry, zejména pak na globální

bilanci srážka x odtok.

Na první pohled se pozitivní vliv lesů zdá jasný. Les zmenšuje maximální hodnoty

odtoků, zvyšuje minimální hodnoty odtoků, zlepšuje místní klima atd. Nicméně zda to platí

vždy, a do jaké míry je to pravda, je otázkou a to velmi komplikovanou. Vliv lesa záleží na

interakci s mnoha prvky, s půdou (retenční vodní kapacita, aktuální objemová vlhkost atd.),

s atmosférou (déšť- intenzita srážek, rozložení; výpar, atd.), s antropogenní prvky (lesní cesty)

a dalšími méně významnými prvky. Jelikož se pod pojmem les skrývá takový komplexní prvek,

kde jednotlivé prvky spolu souvisí a interagují, je nutno výzkum provádět na experimentálních

stanovištích (povodích).

Jelikož les vždy sloužil zejména jako zdroj dřeva, ze kterého se také vyráběly další surovina

jako dřevěné uhlí, smola atd., tedy les byl zdroj bohatství a byl tedy velmi drancován, nikdo se

nezabýval jeho dalšími funkcemi. Ale postupně s nárůstem obyvatelstva, docházelo k rychlé

urbanizaci, mýcení velkých ploch, zkracování toků a všechny tyto faktory začaly způsobovat

větší kulminační hodnoty povodní. Nejčastějším řešením byla a stále je výstavba přehrad,

poldrů atd. Což je nejjednodušší, rychlé řešení, které ale řeší důsledek, nikoliv příčinu. Je nutno

dodat, že návrat k původnímu stavu již není možný, vzhledem k hustotě zalidnění, urbanizaci

apod. Je ale třeba alespoň omezit a kompenzovat negativní dopady urbanizace.

Obrázek 1 - Srážka a odtok na různých územích [4]

2

2. Rozbor základních faktorů srážkoodtokových procesů

2.1. Atmosferické srážky

Atmosferické srážky jsou samozřejmě prvek, bez kterého by se prakticky žádný odtok nekonal.

Nejvíce pozornosti a obav vzbuzují přívalové srážky, které v horských oblastech (tedy ve velmi

zalesněných oblastech) vlivem orografického faktoru dosahují mnohem vyšších intenzit (i 5

mm/min) než v nížinách. Velikost povrchového odtoku závisí na infiltrační schopnosti půdy a

také na retenční kapacitě půdy.

Dlouhodobé regionálních srážky se vyznačují malou intenzitou (setiny mm/min), ale dlouhou

dobou trvání, a tudíž během několika dnů může úhrn dosahovat stovek mm. V těchto

případech dochází k zaplnění půdních pórů vodou a nastává povrchový odtok.

Nesmíme opomenou ani srážky tuhého skupenství, tedy sníh. Tání sněhové pokrývky většinou

probíhá pomaleji a pokud sníh nenapadl na již zmrzlou půdu, tak většinou je táním dotována

podzemní voda. Je třeba také rozlišit opadavé a neopadavé lesy. V neopadavých (tedy

s převahou jehličnanů) lesích dochází k větší intercepci sněhových srážek na korunách, kde

dochází k větší evaporaci, než na půdě pod korunami.

2.2. Intercepce srážek

Intercepce (z latinského Interceptum est- zachyceno jest) je zadržení atm. srážek na povrchu

rostlin (kmenů, listů atd.). Nejpodstatnější je plocha smáčeného povrchu, nejčastěji vyjádřena

hodnotou LAI (index listové plochy) udávající plochu listovou plochu na jednotku půdorysné

plochy pod ní. Dále jsou důležité vlastnosti drsnost plochy listů nebo jehličí atd. Zachycené

srážky mohou být vázané trvale (vypařují se), mohou být setřásány, nebo mohou stékat.

Zejména u hladkokorých dřevin (typicky buk) se může u vzrostlých jedinců při velké intenzitě

srážky jednat i o desítky litrů za sekundu.

3

Tabulka 1 Intercepce vybraných porostů

2.3. Lesní půda

Od klasických zemědělských půd se liší zejména svrchní vrstvou A horizontu (hrabanka-

rostlinné opady v různém stupni rozkladu). Pod hrabankou se nachází vrstva humusu. Obě

vrstvy mají mnohem vyšší infiltrační schopnost než zemědělská půda. Je to dáno především

velkou pórovitostí půd. Množství pórů přestavuje ideální cestu pro preferenční proudění.

Kromě infiltrační rychlosti je také důležitá retenční vodní kapacita, tzn. množství vody, které

je půda schopna zadržet kapilárními silami, orientačně v horních 10 cm se zadrží 40 mm vody.

Množstvím vsakující se vody dochází k mělkému podpovrchovému odtoku. Takto se sníží

(přemění) až 40% povrchového odtoku. Jelikož podpovrchový odtok je mnohem pomalejší

(orientačně 200-500krát) než odtok povrchový, dochází k značnému zploštění povodňové

vlny. Celková retenční kapacita lesní půdy je běžně 40-60 mm, tedy 5-9krát více než u

zemědělské půdy. Z toho tedy vyplývá, že lesní půda hraje zásadní roli v transformaci

povodňových vln.

4

Obrázek 2 Složení půd v lese a urbanizovaném území [7]

Nesmíme také zapomenout na půdy zamokřené, jejichž plochy se v průběhu staletí

zmenšovaly neustálým odvodňováním, kvůli lepšímu obhospodařování, ale za cenu větších a

rychlejších kulminačních průtoků. V současné době se procento lesních půd ovlivněné vodou

pohybuje okolo 15-20%.

2.4. Výpar a transpirace

Tabulka 2 Výpar z povrchu půdy ve vegetačních obdobích pod zápojem dospělých porostů a na pasece

2.4.1 Výpar z povrchu půdy

Dle charakteru svrchní části půdy výpar lze rozlišit na:

- Evaporaci půdní vláhy vzlínající z hlubších vrstev

- Evaporace srážek zachycených v hrabance

Přičemž evaporaci půdní vláhy vzlínající z hlubších vrstev je při výskytu lesní hrabanky

naprosto zanedbatelná. Evaporace z lesní hrabanky závisí na obsahu vody v ní, tzn. že záleží

5

především na její mocnosti. V publikaci Lesy a povodně [1] se píše: ,,V průměru lze počítat

s tím, že každý cm opadu z lesních stromů je schopen zadržet při každé srážce 2-3 mm vody

(Molčanov 1960…). Výjimky mohou nastat po delších bezsrážkových periodách, kdy za

prudkých letních lijáků přeschlý povrch hrabanky zpočátku nepřijímá srážkovou vodu a ta

odtéká po povrchu (Byle 1973, Kantor 1980).“ Čili to znamená, že zásoba vody v hrabance

představuje poměrně velkou zásobu vody potřebné k evaporaci. Celková evaporace z půdy

např. v Orlických horách od začátku května do konce října činí průměrně 59 mm ve smrkovém

porostu a v bukovém 72 mm. V nižších polohách může evaporaci limitovat nedostatek zásoby

vody v hrabance.

2.4.2 Evapotranspirace přízemní vegetace

Nejpodstatnější faktorem ovlivňující evapotranspiraci přízemní vegetace je množství a druh

přízemní vegetace. Orientační hodnoty evapotranspirace udává následující obrázek.

Obrázek 3 Evapotranspirace přízemní vegetace

2.4.3 Celková evapotranspirace lesních ekosystémů

Souhrnně se celková evapotranspirace stanovuje poměrně těžko, jelikož záleží na mnoha

faktorech, jak již bylo řečeno výše. Listnaté a jehličnaté porosty se liší evapotranspirací, kvůli

rozdílné hodnotě intercepce. Např. dle Kantora (1983) se ve smrkových porostech zadrží a

následně vypaří 25 až 41% ročních srážek, ale v bukových porostech jen 8 až 22 %.

6

2.5. Změny související s lidskou činností

2.5.1. Vliv skladby lesních ekosystémů

Vlivem druhové skladby z původního téměř přirozeného stavu, kdy podíl jehličnanů na ploše

byl zhruba 1/3 (a smrk 11%) došlo k nárůstu podílu na 2/3 (a smrk 55%). Je jasné že tato změna

se musela nějak projevit. Rozšířený názor, že smrkové porosty způsobují vyšší odtoky, jak již

bylo řečeno výše, nebude správný.

Tabulka 3 Vodní bilance dospělých smrkových a bukových porostů

Z této tabulky je vidět, že vyšší odtoky (o 5-10%) vykazuje oproti smrku buk. Samozřejmě to

nemusí znamenat obecný závěr pro celou skupinu listnáčů a jehličnanů, ale je jasné, že nárůst

ploch smrku neznamená vyšší odtoky. Z tabulky je také poměrně dobře vidět, že u smrkových

porostů se celkový výpar s vyššími ročními srážkami mění jen mírně a že odečteme-li od srážek

cca 520 mm (tj. potřeba vody na fyzikální a fyziologické procesy) dostaneme celkový roční

odtok. Naopak u bukových porostů výpar s vyššími ročními srážkami výrazně klesá, ale také

silně narůstá i odtok. Tuto skutečnost potvrdil Kantor (1990). Hlavní příčinou vyšších ročních

odtoků u bukových porostů je zřejmě bezlistý stav v mimovegetačním období

2.5.2. Vliv odlesnění

Je jasné že naprostým a náhlým odlesnění dojde k zvýšení odtoku, je otázkou o kolik. Záleží to

na mnoha faktorech, zejména na klimatických a přírodních podmínkách. Minimálně dojde

k zvýšení odtoku zrušením intercepce povrchem stromového patra a zejména zrušení

transpirace samotných stromů. Postupným zarůstáním dochází k obnově, vliv odlesnění se

postupně vytrácí.

7

Vedlejších efektem samotného odlesnění může být zhutnění lesní půdy pojezdem těžebních

prostředků (traktory, harvestory a jiné), bohužel v literatuře se na téma zhutnění lesní půdy

nedají nalézt nějaké kvalitní závěry. Nicméně je jisté, že zhutněním lesní půdy dojde

k výraznému snížení infiltrační schopnosti a tím pádem snáze dochází k odtoku. Patrné je to

zejména na lesních komunikacích. Tomuto tématu se věnuje další kapitola.

Tabulka 4 Odtok vody zw 100% lesnatých povodí před a po jednorázovém vytěžení veškeré dřevní hmoty

V tabulce výše je ukázána variabilita změny odtoku na různých povodí. Zatímco v Delfs naměřil

v pohoří Harz navýšení odtokového koeficientu z 0,54 pouze na 0,57, tak například Rozén ve

Švédsku změřil navýšení odtk. koeficientu z 0,36 na 0,72! Což poměrně jasně ilustruje vliv

mnoha faktorů a praktickou nemožnost jakéhosi uceleného shrnutí.

Odlesněním nedochází v odtoku pouze ke změně kvantitativní, ale také kvalitativní, kde

obnažením půdního povrchu může docházet k vyluhování látek do recipientu. Kvalitativní

změnou se tato práce nezabývá.

8

HS Q Z

průměrný spec. odtok

(l/s/km2) %

Lesy 700 243 457 7.73 100

Pole 700 291 409 9.27 120

TTP 700 342 358 10.89 141

Ostatní 700 322 378 10.25 -

Průměr 700 285 415 9.08 - Tabulka 5 lesy povodí Svratky po Dalečín, dlouhodobý průměr (Švihla, 2000) [3]

2.5.3 Vliv lesních komunikací

Záleží zejména na druhu lesních komunikací, je jasné že vyasfaltovaná cesta bude mít vyšší

součinitel odtoku, než málo frekventovaná zatravněná lesní cesta Nicméně každá cesta je

svodnicí dešťové vody, pokud je v zářezu může odvodňovat okolní území, což je zejména za

sucha nežádoucí. Zároveň absencí vegetace dochází k redukci intercepce a evapotranspirace

Za lesní komunikaci můžeme dočasně považovat i cesty, kterými se sváží vytěžené dřevo a vliv

mechanizace dochází k zhutnění a utužení povrchu tak, že voda není schopna se vsakovat a

naopak rychle odtéká po povrchu.

Zároveň vedle samotní lesní komunikace zvyšují odtoky příkopy okolo komunikací nebo třeba

úprava a napřímení drobných vodotečí atp. Jen pro informaci, běžná hustota komunikací je

okolo 70 m/ha v extrémních případech (sklonitá a členitá území) až okolo 150 m/ha.

Dalo by se předpokládat, že vliv na odtok bude stoupat se vzrůstající hustotou sítě lesních

komunikací. Největší hustota lesní sítě je v těžených územích, zejména při tzv. traktorových

těžebně-dopravních technologií.

Problém s vyhodnocením vlivu samotných lesních komunikací je ve spojení s těžením dřeva,

tudíž je prakticky nemožné tyto dvě věci oddělit. Pro ukázku se studie Kinga (1989), který

zkoumal ve 4 horských povodíčkách v Idahu vliv těžby a lesní sítě na odtok. Po zřízení lesních

komunikací a vytěžení 25-33% území došlo k zvýšení kulminačních průtoků o 15- 36 % a

maximálních průtoků s trváním 5% (18 dnů) roku o 10-30%.

9

Tabulka 6 Předpokládaný povrchový odtok z přibližovacích linek přepočteny na 1 ha paseky při různých způsobech soustřeďování dřeva (sklony svahů 27-41 %)

10

3. Shrnutí a závěr S postupnou změnou klimatu se zvyšují výkyvy počasí a věnování opatření na snižování

dopadu povodní je vyšší než dříve. Zároveň se zvětšující se urbanizací území ČR, ale i jinde ve

světě, se kombinací se změnou klimatu vytváří častější a větší povodně a zároveň častější a

déletrvající sucha. K debatám o řešení tohoto komplexního problému dochází vždy po každé

větší povodni, či déletrvajícímu suchu. Nejlepším řešením je zadržovat vodu co nejvíce

v krajině. V urbanizovaných územích je nutno vodu alespoň akumulovat v nádržích a se

zpožděním vypouštět či v lepším případě zasakovat. Mimo urbanizační celky je nejlepším

řešením zalesňování a celkový návrat (respektive přiblížení se) k původním stavu. Nejvíce

k zadržování vody v krajině přispívají lesy, a proto jsme se jejich vodohospodářskou funkcí

v této práci zabývali.

Asi nejdůležitější složkou působení na komplex srážkoodtokových vztahů je lesní půda. Kdy

zejména povrchová vrstva s vysokou infiltrací, která je téměř vždy vyšší, než intenzita srážky

umožňuje převod vody na podpovrchový odtok. Zároveň retenční vodní kapacita umožňuje

část vody zadržet. Povrchový odtok tak v lesích je naprosto minimální

Díky transpiraci stromy čerpají vodu a uvolňují tak prostor pro další srážkovou vodu, a to

v trvale podmáčených územích. Na rozdíl od nízkých porostů, které mají mělké kořeny, stromy

odčerpávají vodu i z hlubších vrstev.

Je třeba nutno podotknout, že lesy také plní protierozní funkce. A z toho důvodu se například

vysazují v ochranných pásmech vodárenských nádrží, jelikož snižují zákal vody a obsah

rozpuštěných látek v ní, což by bylo jinak nutno řešit na úpravnách.

Velmi zajímavé téma by bylo peněžní hodnoty vodohospodářské funkce lesa. Vyčíslením

produkční i mimoprodukčních hodnot les se zabývá metodika pracovaná na České zemědělské

univerzitě [8]. Dle studie Šišák, Šach, Švihla (2002) vypočetli detenční funkci lesa na 23,8-53,6

tis. Kč.

11

4. Literatura a zdroje informací

[1]Lesy a povodně: souhrnná studie. Praha: Ministerstvo životního prostředí ČR, 2003, 48 s.

ISBN 807212255X.

[2] MACOUNOVÁ, Kristina. VZTAH ASIMILAČNÍ PLOCHY LESNÍCH POROSTŮ K INTERCEPCI VE

VYBRANÝCH POVODÍCH. Praha : [s.n.], 2014.

[3] Vliv lesa na odtokové poměry. Dostupné z:http://www.lesprace.cz/casopis-lesnicka-

prace-archiv/rocnik-80-2001/lesnicka-prace-c-2-01/vliv-lesa-na-odtokove-pomery-na-

malem-povodi

[4] http://www.mdpi.com/1999-4907/6/8/2530/htm

[5] http://lesprace.cz/casopis-lesnicka-prace-archiv/rocnik-84-2005/lesnicka-prace-c-7-

05/nahrady-skod-na-hydricke-funkci-lesa

[7] http://www.deeproot.com/blog/blog-entries/whats-the-difference-between-urban-soil-

and-forest-soil

[8] http://fld.czu.cz/vyzkum/sefos/Metodicky_postup_vyjadrovani_funkci_lesa.pdf