VODA V KRAJINĚ
Řešitel: RNDr. Václav Šípek, Ph.D.
Zúčastněná pracoviště: 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
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
» 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.
»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.
»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.