VODA V KRAJINĚ

Řešitel: RNDr. Václav Šípek, Ph.D.

Zúčastněná pracoviště: BU, BC, UH, UVGZ, GLU, UTIA

Voda významně ovlivňuje řadu přírodních procesů a většinu lidské činnosti. Z hlediska přírodních procesů je voda hlavním transportním médiem živin a polutantů a její množství tedy ovlivňuje intenzitu těchto procesů. Množství dostupné vody je zároveň významným faktorem určujícím hospodářské využití krajiny. Popis koloběhu vody v krajině proto představuje nezbytnou informaci jak pro studium geochemických procesů, tak pro plánování v oblasti vodohospodářského managementu a ostatní hospodářské činnosti. Cílem tématu je získání hlubších znalostí o vodní a látkové bilanci krajiny. Pozornost bude zaměřena zejména na jednotlivé procesy kontrolující pohyb vody, její výsledné prostorové rozložení a proměny jejího množství v čase. Zároveň budou zkoumány změny ve vodní bilanci a látkových tocích způsobné přirozeným vývojem a činností člověka. Výsledky přispějí ke stanovení retence vody v různých typech krajiny a následně k využití těchto znalostí pro modelování různých scénářů jejího vývoje. Opatření vedoucí ke zvyšování retence vody v krajině tak bude možné objektivně zhodnotit a posoudit jejich vliv na látkové toky v území.

Aktivity tématu Voda v krajině

»  Transfer vody mezi půdou a atmosférou v lesních porostech

Aktivita se zaměřuje na detailní popis vodních toků v systému půda-rostlina-atmosféra v lesních porostech na území Stření Evropy. Lesní porosty reagují z hlediska hospodaření s vodou na nově se vyskytující klimatické extrémy rozmanitými mechanismy. Popis těchto procesů je nezbytným předpokladem pro správné fungování klimatických modelů. Popis reakce vegetace na postupné změny klimatu je totiž v těchto modelech často zanedbáván nebo zjednodušen.  Správný odhad hydrologické bilance lesních porostů je zároveň nutný pro odhad dopadů změny ve druhové struktury lesa na množství dostupných vodních zdrojů. Analýza probíhá na experimentálních lokalitách v bukovém a smrkovém porostu na Šumavě a v bukovém také v nižší nadmořské výšce blízko Prahy.

Družice Sentinel-2 (zdroj: https://www.esa.int)

» Možnosti využití dálkového průzkumu Země pro vodní hospodářství
Aktivita si klade za cíl zmapovat a využít potenciál dat z družic Sentinel-1 (radarové) a Sentinel-2 (multispektrální) pro vodní hospodářství. Prvním úkolem bylo zajistit prostření pro efektivní práci s družicovými daty. Následně jsou vyvíjeny algoritmy pro rozpoznávání typu krajiny na zemědělskou a lesní. V rámci zemědělských ploch jsou dále rozpoznávány jednotlivé typy plodin (očekávaná přesnost by mohla být až kolem 90 %). Algoritmy dále slouží k extrakci několika základních indexů relevantních pro odhady vlhkosti a množství biomasy v krajině, což jsou údaje vedoucí k získání informace o nasycení zemského povrchu vodou. Měření vlhkosti probíhá zároveň i v terénu, protože tato data jsou nezbytná pro vyhodnocení shody s družicovými odhady a odhady vycházejícími s hydrologických modelů. Pro validaci odhadovaných parametrů se počítá s vývojem vhodného softwarového nástroje.

Do aktivity jsou zapojeni studenti bakalářského a inženýrského/magisterského studia (ČVUT, MFF UK), formou programátorské brigády s velkým potenciálem využití výsledků ve výzkumu aplikací dálkového průzkumu země a navázání např. jejich absolventskou prací.

Instalovaná meteostanice, která slouží pro odhad výparu z rašeliniště na základě měření gradientu teploty a vlhkosti vzduchu

»Látková bilance a vodní režim půdy na středně velkém povodí

Aktivita si klade za cíl prokázat vliv ponechání režimu bezzásahovosti v oblastech postižených kůrovcovým žírem na hydrologický režim. Podstatnou slabinou dříve provedených studií různými subjekty je absence měření srážek uvnitř povodí, zejména ve vrcholových hřebenových partiích povodí, a to celoročně, tedy i v zimním období. Kontinuální celoroční monitoring vybraných hydrometeorologických veličin (teplota a vlhkost vzduchu, intenzita a množství srážek, výška sněhové pokrývky a vodní hodnota sněhu) bude doplněn odběrem vzorků padajících (vzorky typu „bulk“ – tj. srážky se spadem) a usazených srážek (pomocí ověřených pasivních odběráků). Podstatnou slabinou dříve provedených studií různými subjekty byla absence měření srážek uvnitř povodí, zejména ve vrcholových hřebenových partiích povodí a v zimních období.

» Dopady klimatické změny na celoroční radiační bilanci a sněhovou pokrývku na českých horách

Aktivita se zaměřuje na odhad vlivu probíhajících klimatických změn na celoroční vodní režim malého horského povodí, na vodní režim půd v tomto povodí a na vlastnosti sněhové pokrývky při využití detailního kontinuálního měření radiační bilance. Řešení projektu využívá stávající monitorovací síť UH na Šumavě, v Jizerských horách a Krkonoších, která disponuje dlouhodobými řadami hydrometeorologických, hydrologických, hydropedologických a hydrofyzikální parametrů včetně detailního měření radiační bilance pomocí CNR1.

» Inovativní monitorovací a modelovací techniky pro analýzu hydroekologických procesů v malém povodí

Pasivní odběrová zařízení

Hydrologická situace má také významný vliv na chemismus potoků (např. skokové poklesy pH při tání sněhu nebo po přívalových deštích) s dopady na fungování vodních ekosystémů z hlediska biodiverzity. Biogeochemické modelování je důležitým nástrojem predikce důsledků hydrologických a krajinných změn na chemické složení půd a povrchových vod. Hlavní cíle aktivity jsou: (1) zpřesnění obtížně kvantifikovatelných procesů ovlivňujících komponenty vodní bilance lesních povodí pramenných oblastí mírného pásma (zejména evapotranspiraci a zásobu vody v půdě), (2) kvantifikace vlivu rozpadu stromového patra po lesních disturbancích na teploty vzduchu a půdy a na půdní vlhkost a (3) modelování hmotové bilance ekologicky významných prvků v povodích pomocí biogeochemických modelů.

» Stanovení množství výparu z území v měnících se přírodních podmínkách

Cílem aktivity je porovnat míru měřeného výparu s výsledky hydrologického modelu, které byly získány v průběhu sledovaného období a dohromady by měly sloužit jako podklad pro odhad dopadů rozšiřování rašelinišť na území NP Šumava. Zakoupená čidla na odhad výparu z rašelinných ploch byla instalována ve vrcholových partiích Šumavy. Jako hlavní zájmové území byla vybrána Rokytecká slať, a to z důvodu existence vyššího množství horských rašelinišť a již existujícího měření v této lokalitě.  Pozornost je také zaměřena na zpracování studie týkající se množství intercepce (vody zachycené vegetací) smrkových porostů v zájmovém území. Přesnější odhad výparu umožní lepší kvantifikaci zásahů člověka (obnova rašelinišť, kácení lesa z důvodu kůrovcové kalamity, apod.) na vodní režim území.

»Experimentální povodí obnovy krajiny na Sokolovských výsypkách

Cílem této aktivity je využít experimentálního povodí zbudované na Sokolovských výsypkách k demonstraci těchto jevů odborné a zainteresované veřejnosti a studentům z různých škol. Unikátnost tohoto experimentálního povodí spočívá v tom, že na rozdíl od jiných přírodních povodí představuje umělý dobře definovaný systém hydrologicky oddělený od okolního prostředí, který umožňuje oddělené sledování a bilanci povrchového a podpovrchového odtoku. Především role podpovrchového odtoku, dříve opomíjená, se jeví dle současných výzkumů jako zajímavá. Dochází totiž k tomu, že velká část vody, která je součástí povrchového odtoku je tzv. stará voda, tedy voda, která již v povodí před srážku byla a byla nově příchozí napršenou vodou vytlačena a představuje současný odtok, zatímco velká část právě napršené vody doplní půdní vodní zásobu. Povodí vybaveno řadou moderních specializovaných zařízení umožňujících sledovat výšku hladiny spodní vody, vlhkost půdy isotopové a chemické složení půdní vody, výměnu plynů mezi ekosystémem a okolní atmosférou a řadu dalších veličin včetně izotopového složení vody a citlivých chemických analýz.