Fyzická geografie: Klimatologie a hydrogeografie pro učitele
Pedagogická fakulta Masarykovy univerzity
RNDr. Aleš Ruda, Ph.D.

Povrchový odtok

Vodní stav

Vodní stav představuje výšku hladiny nad zvoleným pevným bodem (nula vodočtu), nebo srovnávací rovinou a udává se většinou v centimetrech nebo v metrech nadmořské výšky. Obvykle se jedná o relativní výšku hladiny vody, protože nula vodočtu nemusí být totožná se dnem koryta toku. K měření vodního stavu se používá vodočet (obr. 9.1) – hladinoměr s přítomnou číselnou stupnicí, která je vztažená k nule vodočtu (začátek stupnice, od které se odečítá vodní stav), nebo limnigraf (obr. 9.1) – registrační přístroj pro automatické kontinuální zaznamenávání výšky vodní hladiny založeném na změny výšky vodního plováku.

Vodočty můžeme podle umístění rozdělit na kolmé a šikmé. Kolmé vodočtu bývají nejčastěji umístěny na pilířích vodních mostů či na kolmých stěnách břehů. Šikmé vodočty pak doprovází vodní toky, které mají břehy tvořené šikmými svahy. Stupnice vodočtu je římskými číslicemi rozdělena na jednotlivé metry tak, aby se výška vodního stavu mohla odečítat, jak narůstá směrem nahoru (obr. 9.2).

Průmět šikmé stupnice do svislé roviny však musí odpovídat stupnici svislého vodočtu (obr. 9.3).

Měření vodního stavu a dalších hydrologických prvků je organizováno v hydrologické stanici určené pro tyto účely. V hydrologii se označuje jako vodoměrná stanice (obr. 9.4).

Hodnoty vodních stavů se při stálých změnách odtoku vody z povodí mění v průběhu roků zdán­livě nepravidelně, ale vykazují rozpětí od nejvyššího (maximálního, H_max) po nejnižší (minimální, H_min). Toto rozpětí se označuje jako hydromodul.

Změny denních vodních stavů poukazují na proměnlivost denních vodních stavů v průběhu hydrologických roků a lze poznat z čar vodních stavů. Ty vyjadřují závislost stavů na čase (chronologické křivky) a podle jejich tvaru lze posoudit pravidelnosti či nepravidelnost změn, nebo zda se v určité roční době nebo měsíci vyskytují vodní stavy se značnou pravidelností, např. vysoké či nízké. Dále se pro zpřesnění porovnávají s příslušnými průměry jejich řad (měsíčními, sezónními, ročními, dlouhodo­bými). Ze statistických hodnot zevšeobecňujících polohu řady všech členů se z čar překročení odvozuje i obyčejný vodní stav (medián) a z četností výskytu nejčastěji se vyskytující vodní stav (modus).

Z dlouhodobějšího pozorování lze z čar denních vodních stavů popsat také míru jejich rozkolísanosti (časté a rozsáhlé výkyvy indikují velkou proměnlivost). Obdobně lze k popisu použít také tvar histogramu kumulovaných četností – čáru překročení (obr. 9.5). Čára překročení umožní zjistit, jak dlouho v daném roce trval určitý vodní stav, jak dlouho byl překročen, nebo byl-li podprůměrný. Překročení se v tomto případě vyjadřuje počtem dnů v roce. Na vodorovné ose, zobrazující hodnoty za jeden rok, se vymezí svislice vycházející z hodnot 30, 60, 90 atd. Jejich průsečíky s čárou překročení pak vyjadřují, po jak dlouhou dobu byly vodní stavy překročené. Obecně se označují jako M – denní vodní stavy. Na příklad H₆₀ = 150 cm znamená, že po dobu 60 dní v roce byl vodní stav 150 cm a vyšší a po zbývajících 305 dnů byl tento vodní stav nedostupný, čili nižší než 150 cm.

Pokud jde o povahu polohy hladiny v řece, pak vodní stavy průměrně překročené po dobu 30 dnů v roce nebo méně než 330 dnů lze označit za mimořádné, tj. mimořádně vysoké a mimořádně nízké, a ty, které jsou blízké obyčejnému stavu, tj. překročené 151 – 210 dny, za průměrné. Ty pak, které leží mezi mimořádnými a průměrnými, za stavy vysoké a nízké (tj. překročené 11 – 150 a 211 – 330 dny).

Změny měsíčních vodních stavů – hodnoty dlouhodobých průměrných měsíčních vodních stavů (H_ma) vynesené v časovém sledu do grafu umožňují poznat hrubé rysy změn hladiny řeky v průběhu statisticky průměrného (fiktivního) roku. Měsíční vodní stavy uka­zují totéž v průběhu jednotlivých hydrologických roků.

Maximální a minimální roční a měsíční vodní stavy a doba jejich výskytu umožňují postihnout vzájemné rozdíly mezi nimi. Jejich znalost je však důležitá pro management vody v krajině (např. zabezpečení ochrany objektů, majetku i životů) a mohou tak posloužit i v krizovém managementu.

Teplotní a ledový režim řek

Voda se v říčním korytě pohybuje turbulentním způsobem. To způsobuje, že teploty vody jsou v celém průtočném profilu řečiště vyrovnané. Výjimky nastávají u menších toků s mělčinami u břehů a většími nerovnostmi dna. Vrstvy vody u břehu zde mohou být v létě teplejší a na podzim chladnější než v hlubších částech. V proudící vodě větších řek jsou podobné rozdíly tak nepatrné a zanedbatelné.

Změny teploty vody v průběhu dne jsou největší v teplém ročním období u řek mír­ných zeměpisných šířek a v horských oblastech teplých pásů Země s velkými výkyvy teploty v průběhu dne a noci. Jedním z hlavních faktorů ovlivňujících denní chod teploty vody jsou vodnost řeky a amplituda teploty vzduchu přízemní atmosféry. Čím je vodnost větší, tím jsou výkyvy teploty vody menší. Denní amplituda teploty vody v létě za slunečného počasí dosahuje 1 až 2 °C a jen na malých horských tocích, s výraznějším provzdušňováním vody, je poněkud větší.

Průměrná denní teplota vody se dá vypočítat buď jako průměr několika měření v průběhu dne, nebo jako poloviční hodnota maximální a minimální teploty. Na našich řekách se teplota vody měří jen při ranním odečtu vodního stavu. Rozdíl mezi ní a skutečnou průměrnou denní teplotou vody je tak nepatrný, že se používá jako denní průměr.

Největší výkyvy lze v průběhu roku vysledovat u denních teplot vody v řekách středních zeměpis­ných šířek, kde se jejich hodnoty pohybují v rozsahu až 30 °C (obr. 9.6). Směrem do vyšších země­pisných šířek se amplituda denních teplot vody zmenšuje, až v polárních oblastech dosahuje jen několika stupňů. Směrem k rovníku se amplituda také podstatně zmenšuje, ale teploty se v důsledku stabilní teploty vzduchu udržují na vysokých hodnotách mezi 25 až 30 °C.

Ledový režim řek

Hodnocení ledového režimu řek je založeno na stanovení počátku a délky výskytu jednotlivých forem ledového režimu ve vodoměrném profilu vodního toku. Samotné pozorování je však velmi obtížné a s rostoucím vlivem hospodářské činnosti člověka se mění. Vyjádření ledového režimu řek je proto omezeno na určení:

• krajních a průměrných dat výskytu pevných (led u břehu) a pohyblivých ledových útvarů (tříšť, chod ledů),
• mezní a průměrné hodnoty trvání ledové pokrývky (zámrzu),
• průběhu růstu vrstvy ledu, nejčastěji však jen zjištění maximální tloušťky ledové pokrývky.

Z četnosti výskytu ledových jevů za dlouhou řadu roků lze zjistit, s jakou pravděpodobností trvají ledové útvary určitý počet dní, pravděpodobnost jejich opakování jednou za N roků nebo pravděpodobnost, s jakou se ledové útvary v průběhu zimy nevyskytnou. Tyto informace jsou pak stěžejní pro vodohospodářskou praxi, zejména ve vztahu k regulaci průtoku vodního toku.

Pozorování ledových jevů zahrnuje celkem 3 hlavní fáze:

1. Podzimní
2. Zimní
3. Jarní

Při nich se sledují následující ukazatele:

• datum vzniku ledových úkazů
• délka trvání
• druh ledových jevů
• intenzita jejich výskytu
• tloušťka ledové pokrývky – vrtáky do ledu

1. Podzimní stádium

   • břehový led

     • sleduje se zamrzání od břehů směrem do středu toku
     • vznikají úzké pásy nepohyblivého ledu v místech nejmenší rychlosti proudění

   • ledová mázdra

     • představuje volně plovoucí krystalky ledu při teplotě vody okolo 0 °C
     • rychlá změna v ledovou tříšť

   • ledová tříšť

     • vzniká spojování ledových krystalků, které jsou lehčí než voda, a proto plavou na hladině

   • ledové nápěchy

     • jsou nakupeniny ledové tříště
     • vytváří se hromaděním v místech změnách plochy průtočného profilu (př. brody)
     • při přílišném zmenšování plochy hrozí nebezpečné rozvodnění

   • hlubinný = dnový led

     • malá hloubka, vrstva ledu na povrchu balvanů
     • houbovité útvary

   • zámrz řeky – ledová celina

     • popisuje se od okamžiku, kdy jsou ledem pokryty alespoň ¾ hladiny
     • bývá nejsilnější u břehů, nejslabší v proudnici

2. Zimní stádium

   • počátek zámrzu řeky až jarní období
   • nemusí se na vodním toku vyskytovat vždy

3. Jarní stádium

   • rozpraskaná ledová pokrývka se dává do pohybu a končí přítomností poslední plovoucí kry
   • nebezpečí nastává tehdy, pokud vznikne ledová bariéra a ledové kry zatarasí průtočný profil, při kterém dochází v důsledku vylévání řeky z koryta k silným záplavám

Podle ledového režimu je možné vymezit pět základních typů řek:

1. řeky zcela promrzající ve vysokých zeměpisných šířkách (odtok vody na danou dobu zámrzu ustává)
2. řeky s každoročně se opakujícím dlouhodobým zámrzem, jemuž předchází chod tříští a ukončuje ho výrazně vyvinutý jarní chod ledů (vyšší zeměpisné šířky a mírný pás s kontinentálním podnebím)
3. řeky se značnou proměnlivostí ledového režimu, projevující se jak v plošném výskytu jednotlivých ledových jevů, tak i v jejich trvání (zimy s výskytem ledových jevů převládají nad zimami bez ledových útvarů)
4. řeky s méně četným výskytem ledových útvarů – tvoří se jen krátce trvající led u břehu nebo plovoucí tříšť (oblast mírného pásu s oceánským podnebím a jižní část mírného pásu s výskytem kratších období mrazů).
5. horské řeky a bystřiny s proměnlivým ledovým režimem v čase i v prostoru

U prvních čtyř typů se výrazně projevuje zonální pásmovitost. Výšková stupňovitost není u ledových jevů vyvinuta.

Měření a vyhodnocení průtoků

Základní hydrologické charakteristiky průtoku

Průtok je fyzikální veličina vyjadřující objem vody, které proteče průtočným profilem za jednotku času. Nejčastěji se vyjadřuje v m³.s^-1 nebo v l.s^-1. Průtok lze zjistit několika způsoby. V hydrologické praxi se nejčastěji využívá hydrometrování, které spočívá v měření rychlosti proudění vody s pomocí hydrometrické vrtule a zjištění plochy průtočného profilu. Průtok je pak součinem těchto hodnot. Protože se rychlost proudění vody v příčném profilu koryta toku mění, musí se pro co nejpřesnější stanovení měřit ve více bodech, které nejlépe vystihují rozdělení rychlostí proudění v příčném profilu. Mezi další způsoby patří přímé měření, zjišťování průtoku s použitím měrné nádoby, nebo měření s pomocí měrných přepadů. Měrný přepad je zařízení, které je umístěné v průtočném profilu. Tvoří ho pevný práh a tenká stěna s výřezem určitého geometrického tvaru, přes který protéká voda (obr. 9.7). Mezi novější metody řadíme např. indikátorové metody, jejichž princip spočívá v přidání stabilní chemické látky nebo radionuklidu a jejich sledování v kontrolních profilech. Ve vývoji je dále také ultrazvuková metoda a metoda elektromagnetické indukce.

Příčiny změn průtoků v čase

Režim průtoků vodního toku je produktem přírodních poměrů v povodí a zpětně ovlivňuje vlastnosti řečiště, příp. celého údolního dna. Na jeho typu se podílí nejen změny odtoku na ploše povodí, ale i odtoku v korytech říční sítě, popř. i zaplavované částí údolního dna (inundace). Časové rozloženi odtoku z povodí je dáno různými zdroji vodnosti řek – voda z dešťů, z periodické sněhové pokrývky, z ledovců a trvalé sněhové pokrývky (nad sněžnou čárou) a podzemní voda.

Hlavními prvky režimu průtoků všech řek jsou:

• velikost změn průtoků a jejich časový průběh,
• četnost výskytu průtoků,
• rozkolísanost.

Změny průtoků během dne

Denní výkyvy jsou patrné na všech řekách, ale většinou jsou buď velmi malé, nebo značně nepravidelné, a proto nejsou typické (např. v prů­běhu povodní). Pravidelné a výrazné výkyvy lze sledovat na pramenných úsecích řek, jejichž hlavním zdrojem vodnosti je voda z horských ledovců. Průtoky zde dosahují velmi vysokých hodnot v odpoledních hodinách a na nízké hodnoty klesnou při svítání, kdy se maximálně vyčerpají zásoby vody v pukli­nách ledovce a v jeho podloží.

Proměnlivost denních průtoků řek vhodně vyjadřuje čára průtoků (hydrogram, obr. 9.8). Z ní lze vyčíst velikost změn průtoků (variační rozpětí), jejich rychlost a četnost jejich výskytu, poukazující také na míru rozkolísanosti (variace, variability) denní vodnosti řeky. Velká rozkolísanost je zřejmá z velkých a často se dostavujících zvětšení průtoků, malé a zvolna probíhající změny jsou důkazem naopak malé rozkolísanosti průtoků.

Rozkolísanost denních průtoků vyjadřují však i tvary čar překročení (histogramů kumulo­vaných četností). Překročení se vyjadřuje počtem dnů v roce jak pro jednotlivé roky, tak i pro řadu roků (průměrné překročení). Absolutní hodnoty překročení jsou označovány jako M-denní průtoky, tj. dosažené nebo překročené M dní v roce. (např. Q₃₀,Q₃₅₅, tj. průtoky v průměru překročené po dobu 30 a 355 dní v roce).

Dalšími charakteristikami jsou obyčejný průtok (čili medián), který je jednou ze středních hodnot, k nimž náleží i průtok nejčastěji se vyskytující (modus). Pro kvantifikaci rozkolísanosti průtoků se nejčastěji používá směrodatná odchylka, v případě M – denních průtoků můžeme použít decilovou odchylku, ale nejpřesněji odráží míru variability variační koeficient.

Rozložení odtoku v průběhu každého roku se posuzuje i podle časového sledu měsíčních průtoků. Průměrné rozložení potom vyjadřuje sled dlouhodobých měsíčních průtoků (obr. 9.9). Grafické znázornění slouží pro posouzení odchylek rozložení odtoku v každém roce a nadprůměrnosti či podprůměrnosti jednotlivých měsíčních průtoků. Velmi odlišné absolutní hodnoty měsíčních průtoků u rozdílně vodných řek neumožňuje dobře porovnávat jednotlivé řeky a rozhodnout, je-li roční rozložení odtoku na nich více či méně vyrovnané.

Pro tyto účely je výhodnější použít procentuální podíly měsíčních odtoků na celoročním odtoku (Q_m/Q_a.100 nebo Q_m/12Q_m.100). Podíl odtoku za roční dobu a půlroky se získá součtem podílů odtoku za příslušné měsíce.

Klasifikace řek založená na odhadu míry vyrovnanosti vychází z procentuálního podílu měsíčních a sezónních odtoků na průměrném ročním odtoku (obr. 9.10). Při podílu více jako 80 % za jediné roční období (příp. za jeden měsíc) je roční rozložení silně nevyrovnané, při podílu 50 až 80 % značně nevyrovnané, při podílu 30 až 50 % mírně nevyrovnané a při podílu 20 až 30 % vyrovnané.

Vzájemné srovnávání řek rozdílné vodnosti pomůže stanovení tzv. míry nevyrovnanosti ročního rozložení odtoku (K_r). Jeho výpočet pak zohledňuje projev každého z měsíců. Lze ho určit z jednoduchého vztahu:

kde p_i je procentuální podíl každého z měsíčních odtoků na dlouhodobém průměrném ročním odtoku a hodnota 8,3 představuje průměrný podíl každého z měsíčních odtoků (100/12=8,3). V čitateli je tedy součet odchylek těchto podílů. Za předpokladu ideálně vyrovnaného odtoku v průběhu roku bude K_r = 0, za předpokladu maximálně nevyrovnaného, kdy celoroční množství odteče za jediný měsíc a po dobu 11 měsíců řeka vyschne, bude K_r = 22. Pro statisticky přesnější odvození míry proměnlivosti se zjišťuje odchylka všech měsíčních průtoků od dlouhodobého průtoku. Podle sezónního podílu celoročního průměrného odtoku je možné rozlišovat skupiny řek s největším odtokem v zimním, jarním, letním nebo podzimním období.

Roční průtoky

Roční vodnosti řek vyjádřené ročním průtokem (Q_r) se mění hlavně v závislosti na velikosti podílu hlavního zdroje napájení, v našich přírodních podmínkách hlavně na množství srážek na povodí a na jejich časovém rozložení. Významné je však i množství sněhových srážek v zimě, která tající vodou generují jarní odtok s výrazným vlivem na velikost ročního prů­toku. Míra vodnosti řek v jednotlivých rocích se posuzuje poměrem ročních průtoků a dlouhodobého průměrného průtoku, tj. Qr/Q_a nebo Q_r/Q_a 100 %. Ve výsledku se však rozliší pouze roky nadprůměrně a podprůměrně vodné, popř. průměrně vodné, je-li jejich prů­tok rovný nebo blízký hodnotě Q_a. Tento způsob však není objektivní při posuzování řek odlišných celkovou vodností (řeka s vyrovnanými ročními odtoky může mít v roce s poměr­nou vodností 1,3 či 130 % rok výjimečně vodným, kdežto u řeky s nevyrovnanými průtoky jen rokem mírně nadprůměrně vodným.

Roční vodnosti řek můžeme hodnotit pravděpodobností překročení ročních průtoků vyjádřenou v procentech (%), nebo reciproční hodnotou N = 100/p %, tj. obdobím, za které se daná roční vodnost v průměru opakuje (např. p = 2%, N = 50, tj. opakuje se jednou za 50 let).

Procenta pravděpodobnosti překročení ročních průtoků se odvozují z křivky překročení (kumulativní hustoty pravděpodobnosti, obr. 9.11) a slouží, jak ilustruje tab. 9.1, také ke slovnímu označení míry vodnosti řek v daných letech. Roky, které mají stejnou poměrnou četnost se tak zařazují do skupin. K odhalení trendů časových změn vodností řek se v dlouhé časové řadě používá desetiletých pohyblivých klouzavých průměrů, u kratších časových řad pak tří až pěti letých klouzavých průměrů (obr. 9.12).

Extrémní průtoky

Maximální průtoky představují většinou povodňové průtoky a bývají označovány za povodeň, nebo povodňovou vlnu. Představují výrazné stoupnutí hladiny řeky způsobené zvětšením průtoku nebo zmenšením průtočnosti koryta. Zvětšení průtoku může probíhat v říčním korytě nebo inundačním (záplavovém) území.

Pro potřeby vodohospodářské praxe a možného porovnání je potřeba kvantifikovat dílčí parametry. Podle vzniku se rozlišují povodně z dešťů, z tání sněhu, z tání ledovců a sněhu nad sněžnou čarou a povodně vyvolané přirozeným vzdutím hladiny bez výrazného zvětšení průtoků (při vytvoření ledových bariér, v nálevkovitých ústích při pobřeží moří účinkem větru apod.). Nejdůležitějšími charakteristikami povodňové vlny jsou její objem, tvar a vrchol, jehož příchod je zaznamenán jako kulminační vodní stav.

Tyto parametry vypovídají o míře, jakou ohrožuje povodňová vlna stavby v korytě toku nebo podél něj, respektive o tom, jaká opatření je třeba proti tomuto krizovému jevu udělat, např. dimenzováním staveb (mostních otvorů, ochranných hrází, úprav toků), případně rozhoduje o preventivních opatřeních (zabezpečení retenčních prostorů).

Stupeň ohrožení závisí na charakteru povodňové vlny, který je určen především jejím objemem, zejména největším, maximálním, tzv. kulminačním průtokem.

Tvar povodně lze vyjádřit hodnotami průtoků, které určují počátek, vrcholení a konec povodně. Za počátek čili patu povodňové vlny se pokládá okamžik (den nebo hodina), velmi rychlého zvětšování průtoků. Největší, tedy kulminační průtok (Q_max) odpovídá době vrcholení povodně. Konec povodně označuje dobu, kdy průtok klesne na počáteční stav. Doba mezi začátkem a koncem povodně se označuje jako trvání povodně. Vymezení konce povodně však bývá problematické, protože je v mnoha případech nevýrazné. Směrem po vodním toku se v důsledku zploštění povodňové vlny průchodem inundační nivou trvání povodně často zvětšuje. Celkové množství vody, které tak proteklo sledovaným profilem během trvání povodně, se označuje jako objem povodně. Jeho hodnotu zjistíme měřením záznamu průtoků povodňové vlny (obr. 9.12). Planimetrem se změří plocha omezená křivkou průtoků a základnou na nulové hodnotě průtoků. Výsledná plocha se převede na obdélník o základně rovné trvání povodně. Výška v měřítku průtoků pak odpovídá průměrnému průtoku za dobu trvání. Součin průměrného průtoku a počtu sekund trvání povodně vyjadřuje v m³ nebo km³ výsledný objem povodně.

Předpověď vývoje povodňové vlny umožňuje stanovení rychlost jejich průběhu. Určí se z rozdílu mezi dobou kulminace ve dvou po sobě následujících stanicích. Rychlost povodňové vlny je během vodního toků různá. Rozhodující vliv na dobu postupu mají geografičtí činitelé, zejména velikost povodí, jeho tvar, reliéf apod. Mezi další geografické činitele patří vliv lesnatosti, půdní a geologické poměry. V závislosti na výsledné kombinaci se vytváří výsledný charakter průtokové vlny. Význam velikosti kulminačního průtoku se hodnotí procentem pravděpodobnosti, s jakým lze očekávat jeho dosažení nebo překročení. Běžně se také používá reciproční hodnota a uvádí se doba opakování kulminačního průtoku obecně označovaná jako N–letý průtok (př. 100letý průtok, neboli 100letá voda). Informuje nás o tom, že z hlediska dlouhodobého průměru lze očekávat dosažení nebo překročení tohoto průtoku jednou za 100 let. Protože se však jedná o statisticky vyhodnocenou hodnotu, nelze si ji vykládat, jako povodeň, která se dostaví pravidelně jednou za 100 let. V jednom roce se tak může objevit i dvakrát a po dobu 100 let se nemusí třeba vůbec vyskytnout (pravděpodobnost jejího výskytu je 64,3 %).

Legislativně je problematika povodní ukotvena v zákoně 254/2001, který říká „Přechodné výrazné zvýšení hladiny vodních toků nebo jiných povrchových vod, při kterém voda již zaplavuje území mimo koryto vodního toku a může způsobit škody. Povodní je i stav, kdy voda může způsobit škody tím, že z určitého území nemůže dočasně přirozeným způsobem odtékat nebo její odtok je nedostatečný, případně dochází k zaplavení území při soustředěném odtoku srážkových vod.“ Povodně tak představují hydrologické situace, při níž množství protékající vody překročí z různých příčin průtočnou kapacitu koryta řeky. Hladina za těchto podmínek vystoupí nad úroveň břehů a voda se začne přelévat a zaplavovat přilehlý reliéf.

Typy povodní

• letní typ vzniká

  • z krátkodobých přívalových dešťů – až 100 mm srážek za hodinu (př. bleskové povodně – flash floods)
  • z trvalých dešťů

• zimní a jarní typ vzniká

  • z tání sněhu
  • z pohybu ledových ker v toku

• zvláštní povodně vznikají

  • náhlou změnou průtočností koryta způsobenou sesuvem půdy, pádem laviny, ucpáním mostních oblouků dřevem apod.

V České republice se poslední dvě desetiletí udály 2 rozsáhlé povodně (1997 – Morava a východní Čechy, 2002 – střední Čechy) a celá řada povodní z krátkodobých přívalových dešťů.

Faktory ovlivňující povodně

• meteorologické

  1. předběžné faktory (hodnotí se dny až měsíce před povodní) – zjišťuje se nasycenost povodí vodou, výška sněhové pokrývky, vodní hodnota sněhu, pomrznutí půdy atd.
  2. příčinné faktory (hodnotí se hodiny až dny před povodní) – spouštěcími mechanismy jsou srážky, teplota vzduchu, typ povětrnostní situace atd.

• hydrologické

  1. intercepce
  2. zpomalení odtoků – rovinaté oblasti
  3. infiltrace
  4. objem říční sítě a objem inundací
  5. míra naplnění koryt vodních toků
  6. charakteristiky povodí a koryt

V krizovém managementu se narůstající hodnoty průtoků ve sledovaných průtočných profilech hodnotí stupni povodňové aktivity:

• I. stupeň

  Stav bdělosti – nebezpečí přirozené povodně (způsobená přírodními jevy)

• II. stupeň

  Stav pohotovosti – nebezpečí přirozené povodně přerůstá v povodeň

• III. stupeň

  Stav ohrožení – nebezpečí vzniku větších škod, ohrožení životů a majetku v záplavovém území

Aby se předcházelo povodňovým situacím, zavádí ve vodohospodářské praxi tzv. protipovodňová opatření (obr 9.13), která však zahrnují širší spektrum ochranných opatření v povodí, jejichž cílem je zvyšování akumulace a retence vody v povodí, protierozní ochrana půdního fondu a protipovodňová ochrana ohroženého území.

Minimální průtoky

Minimální průtoky, či období malých vodností se rozumí doba, kdy průtoky klesnou na hodnoty výrazně nižší než je normál (Q_a). Nastávají při zániku povrchového odtoku vody při současném vyčerpání zásob podzemní vody. Jako absolutní minimum označujeme nejmenší průměrný denní průtok pozorovaný v dlouhém období. Na horských tocích to bývá na konci zimního období, nejčastěji v únoru. Srážky zůstávají v tomto období ležet ve formě sněhu, zásoby podzemní vody se nedoplňovaly a do značné míry odtekly v předcházejících zimních měsících. Naproti tomu v nížinách se vyskytují minimální průtoky koncem suchého léta nebo na podzim. Menší úhrny srážek se vypaří při vysokých teplotách a zásoby podzemní vody se vyčerpají jednak infiltrací do vodních toků, a jednak vzlínáním v důsledku doplnění půdní vláhy a následnou transpirací rostlinami. Pro komplexní identifikaci malé vodnosti jsou malé průtoky určeny následujícími hodnotami:

• absolutní minimum

  nejmenší denní průtok pozorovaný v dlouhodobém období,

• průměrný roční minimální průtok

  aritmetický průměr řady ročních minimálních průtoků, umožní určit pravděpodobnost výskytu,

• suché období

  tři po sobě následující dny, jejichž průměrný průtok dosáhl hodnoty Q₃₅₅ a nižší (hodnota Q355 byla označena za horní hranici odběru vody bez realizace potřebných technických opatření – jezy, nádrže) – dne slouží jako orientační ukazatel,

• doba přerušení průtoků

  období, kdy vodní tok vysychá.

V případě nedostatku vody v území doloženém právě minimálními průtoku hovoříme o tzv. suchu. Existuje celá řada definic sucha, přičemž v socioekonomickém pohledu je potřeba zohledňovat:

• meteorologické sucho

  nedostatek srážek vedoucí ke zmenšování infiltrace, povrchového odtoku a zásob podzemní vody, v případě vysokých teplot a silného větru bude navíc docházet k zesílení evapotranspirace,

• agronomické sucho

  nedostatek vody v půdě způsobuje u rostlin vodní stres, který se projevuje poklesem biomasy a celkových výnosů,

• hydrologické sucho

  nedostatek vody vedoucí k poklesu průtoků ve vodních tocích, přítoků do vodních ploch, zmenšení rozlohy mokřadů, poklesů hladiny podzemní vody a snížení vydatnosti pramenů.

Režim splavenin

Splaveniny jsou pevné částice minerálních a organických látek přemísťované proudící vodou. Dělí se na plaveniny a dnové splaveniny.

Plaveniny jsou ve vodě se vznášející jemné, různě velké částice převážně minerálního průvodu, pocházející z povodí nebo z vlastního řečiště. K vyjádření zastoupení plavenin v říční vodě se používá kalnosti (C), tj. hmotnosti plavenin v objemové jednotce směsi vody i plavenin (kg.m^–3). Vtéká-li voda o velké kalnosti do jezera nebo nádrže může vytvářet hustotní proudy.

Hodnota kalnosti závisí na intenzitě erozních procesů, povodí, podmíněné velikostí i rychlostí povrchového odtoku a vlastnostmi půd a hornin.

Dnové splaveniny jsou pevné částice pohybující se převážně v kontaktu se dnem koryta válením, sunutím a poskakováním (saltací), čímž vyvolávají erozní proces vytvářející například obří hrnce (kulovité sníženiny na dnech vodních toků). Rozlišit plaveniny a dnové splaveniny je někdy nemožné, protože částice určité velikosti se mohou pohybovat po dně i ve vodní hmotě v závislosti na rychlosti proudění i jiných hydraulických parametrech.

Ze sledovaných příkladů přináší Alpský Rýn do Bodamského jezera asi 40 000 m³ hrubého štěrku a 3 000 000 m³ písku a jílu, v řece Amudarji dosahuje kalnost až 4 kg. m^–3, Chuang – che za povodní až 700 kg. m^–3, a roční množství sprašových částic (kalu) dosahuje 1 660 miliónů tun (žlutá řeka – název podle množství unášených sprašových sedimentů).

Klimatická klasifikace vodních toků

Vodní toky lze klasifikovat podle mnoha různých kritérií. Nejčastěji se používá procentuálního podílů sezónních odtoků na průměrném ročním odtoku a zdroje zásobování. Vznikla tak celá řada klasifikací (Parde, Ľvovič). S ohledem na srozumitelnost a zjednodušenost klasifikace lze využít zásadního vlivu klimatu na proměnu hydrologických poměrů v povodí. Podle toho lze odvodit několik hlavních typů toků (Obr. 9.15, 9.16).

1. rovníkový typ

   vodní toky jsou rovnoměrně zásobovány pravidelnými srážkami, které v období zenitálních dešťů zesilují.

2. 2. tropický typ

   zdrojem vodnosti jsou vydatné srážky v období dešťů, kdy se průtok výrazně zvyšuje, v období sucha je naopak odtok minimální; nejvýraznější odtok je pozorován v oblastech tropických monzunů, kdy hovoříme o konkrétním typu – monzunový typ.

3. typ aridních oblastí

   vodní toky se nacházejí v oblastech s minimálními srážkami, charakteristické jsou velké rozdíly v průtocích, maximální odtok je vázán zejména na zimní období, v suchém létě mohou vodní toky i vysychat (vádí, creek – pouštní podmínky; fiumare – středozemní oblast), můžeme tak vymezit pouštní podtyp (př. Chéliff v Alžírsku) a středomořský podtyp (př. Tibera v Římě) – odlišují se rozdíly v procentech ročního odtoku, kdy řeky pouštního typu vykazují větší rozdíly a mnohdy také absenci odtoku.

4. typ mírného pásma

   s ohledem na odlišnou geografickou polohu můžeme podle odlišných zdrojů vodnosti vymezit základní podtypy:

   1. oceánský dešťový režim – převládá napájení zimními dešťovými srážkami, v létě se zvyšuje výpar a transpirace rostlin, což snižuje odtok, stejnoměrné rozložení srážek ovšem neprohlubuje rozdíl mezi odtokovým maximem a minimem (př. západoevropské řeky – Temže).
   2. Pevninský dešťový režim – zdrojem vodnosti jsou dešťové srážky, ale vzhledem k množství nashromážděného sněhu se maximum odtoku přesouvá do jarních měsíců (duben, květen) àodtokové maximum se zpožďuje se vyšší nadmořskou výškou, minimální odtok je v důsledku nižší cyklonální činnosti a vyššího odběru vegetací v letním období (př. středoevropské řeky – Morava).

5. subpolární typ

   vodní toky jsou napájeny tajícím sněhem, maxima odtoků se koncentrují do letních měsíců (červenec, srpen), v zimě řeky často promrzají až na dno a odtok se výrazně snižuje, při oblevě se objevuje chod ledovců, který v kombinaci s dešťovými srážkami může způsobit povodně (př. Ob).

6. polární typ

   vodní toky jsou značnou část roku v důsledku kompletního zámrzu bez odtoku, v letních měsících se na vodnosti podílí tavné vody polárních ledovců a sněhu.

Konkrétně nelze celou řadu vodních toků jednoznačně zařadit. Do jejich odtokového režimu se totiž výrazně promítá vertikální stupňovitost, které u horních částí toků může vytvářet specifický ledovcový typ. Ten je charakteristický maximálním odtokem v nejteplejší části léta (srpen).

Mnoho světových řek také protéká různými klimatickými oblastmi, kdy si v delším úseku ponechává některé znaky režimu předchozího pásma, které ve výsledku vytvářejí složitou kombinaci odtokových poměrů. Takové vodní toky patří mezi tzv. smíšené typy. Příkladem může být řeka Dunaj, která pramení jako vodní tok s oceánským dešťovým režimem mírného pásma, alpské přítoky jej obohacují o ledovcový režim a následně při průtoku Uherskou a Valašskou nížinou ztrácí značnou část vody výparem. Obdobně je na tom také Rýn. Na horním toku má typický ledovcový typ, na středním toku jej vyrovnává Bodamské jezero a v dolním toku nabírá znaky oceánského dešťového režimu mírného pásma. Dalším příkladem je také Nil. Pramenný úsek Modrého Nilu má režim tropického typu a po soutoku s Bílým Nilem postupně nabírá režimu pouštního typu aridních oblastí, které ovšem s porovnání s typickými toky aridního typu specifické znaky ztrácí. Z těchto důvodů je vhodné vodní tok rozdělit na jednotlivé úseky a v nich konkrétní podobu odtoku popsat.

---

Shrnutí a literatura