Ekologická Bilance Rovnice: Co to je a Jak Funguje

Voda v horninách je součástí hydrosféry, a to jak pohyblivá, tak fyzikálně či chemicky vázaná v minerálech. Hydrosféra tvoří systém, který je nejlépe vyjádřen tzv. rovnicí hydrologické bilance.

Řešení rovnice hydrologické bilance vyjadřuje zachování hmoty v daném systému. Pro přirozený časový cyklus, jako je hydrologický rok (od 1.11. do 31.10.), se hydrologická bilance stává klíčovým nástrojem pro pochopení dynamiky vodních zdrojů.

Povodí je oblast omezená rozvodnicí. Z hydrogeologického hlediska je nejdůležitější velikost proudění vody gravitační silou. Obecně se všechny dutiny v horninách zahrnují pod pojem pórovitost.

Propustnost hornin je ovlivněna koeficientem filtrace, který není závislý na vlastnostech proudící tekutiny v hornině, a teplotou a hustotou přírodních tekutin (voda, plyn, ropa). Horniny s vysokou propustností jsou označovány jako kolektory, zatímco horniny s nízkou propustností jako izolátory.

Kolektory jsou například zkrasovatělé vápence, silně rozpukané vyvřelé či metamorfované horniny. Izolátory jsou například vyvřelé a metamorfované horniny. Propustnost hornin se určuje laboratorně nebo přímo v terénu pomocí čerpacích zkoušek ve vrtech.

Čtěte také: Co nabízí Ekologická poradna Dr. Landy?

Proudění vod, plynů či ropy v horninovém prostředí je dáno tzv. Darcyho zákonem. Geohydrodynamický systém je systém, ve kterém dochází k proudění vod, plynů či ropy. Rozhraní mezi geohydrodynamickými systémy tvoří hydraulické bariéry.

Zvodněné systémy mohou šířit hydraulické impulsy. Zvodně je horninové prostředí, ve kterém se mohou akumulovat a pohybovat podzemní vody. Zvodně s volnou hladinou existují pouze ve spodní části kolektoru. Na hladině podzemní vody je tlak atmosférický. Tato svrchní hranice zvodně je proměnná s dotací nebo úbytkem vody v systému; spodní hranice je geologická hranice.

Úroveň hladiny podzemní vody je piezometrická úroveň. Část kolektoru, kde póry jsou zcela vyplněny vodou, je saturovaná zóna. Hydroizohypsy jsou linie stejné úrovně hladiny v mapách. Proudnice jsou dráhy částic podzemní vody.

V celém zvodněném systému je tlak hydrostatický. Doplňování podzemních vod probíhá infiltrací ze zemského povrchu přes pásmo aerace. Zvodně s napjatou hladinou, také tlakové filtrační toky, vyplňují póry v celé mocnosti kolektoru. Voda v takovémto systému je pod tlakem.

Studna v zvodni s napjatou hladinou se označuje jako artézský vrt, artézský systém. C.V. Theis odvodil rovnice pro ustálené a neustálené proudění podzemní vody ke studni.

Čtěte také: Postupy likvidace nebezpečného odpadu

Synsedimentární zvodně s fosilními vodami jsou typické pro uzavření vod ve struktuře. Freatické vody jsou vody mělkých zvodní. Celkové množství rozpuštěných látek ve vodě je mineralizace (salinita). Voda s obsahem minerálů nad 1 g/l je mineralizovaná. Kvalita vody je posuzována dle ČSN č. 75 7111.

Vody se klasifikují podle chemického složení, například chlorido-sodné (NaCl), vápenato-síranové (CaSO4), sodno-hydrouhličitanové (NaHCO3). Teplota vod (tzv. termalita) a radioaktivita jsou další důležité vlastnosti. Z chemicko-fyzikálních vlastností je důležité pH, chuť, zápach a zákal.

Agresivita vody je charakterizována nízkou mineralizací, nízkými hodnotami pH (kyselé vody), vysokým obsahem volného CO2 (uhličitanová agresivita) a vysokým obsahem síranů (síranová agresivita).

Režim podzemních vod je souhrn zákonitostí změn zvodněného systému v čase. Hydrogram je graf, vyjadřující změny parametru v čase. Hydrometrie se zabývá měřením povrchových a podzemních vod.

Výpočet množství podzemní vody se provádí pomocí Darcyho zákona. Zásoby podzemních vod se dělí na statické (vzájemně komunikující póry zvodněného kolektoru) a dynamické (pružné zásoby).

Čtěte také: Strojírenství a ekologické předpisy

Ochrana podzemních vod vyplývá ze zákona č. 138/1973 Sb. o vodách a zákona FS ČSFR č. 17/1992 Sb., o životním prostředí. Kontaminace podzemních vod je definována jako změna chemických, fyzikálních nebo biologických vlastností, omezující současné nebo její výhledové využití.

Odvodňování stavebních jam je dočasné snížení hladiny podzemní vody. Interference studní nastává, jestliže se jejich depresní kotliny vzájemně překrývají. Hydrogeologický průzkum musí předcházet stavebním pracím.

Snaha pozorovat a vyhodnocovat složky hydrologické bilance stála již u zrodu pravidelných pozorování vodních stavů na našem území. V souvislosti se současnou diskusí o existenci, vývoji a dopadu klimatické změny na vodní zdroje se nabízí otázka, zda a jakým způsobem se složky hydrologické bilance vyvíjely v době pravidelného instrumentálního měření a zda jsou případné změny v souladu s odhady budoucího vývoje klimatu a jeho dopadů.

Pro detekci trendu byl použit Mann-Kendallův test s korekcí autokorelace 1. řádu. V této studii byly zpracovány následující tři typy dat: bilanční veličiny z výkazů Hydrologické bilance množství a jakosti vody ČR, data ze zpracování přírodních zdrojů podzemních vod ČR a údaje o sledování podzemních vod.

Trendy v Hydrologické Bilanci v ČR

Hodnocením trendů vydatností pramenů v období 1971-2007, sledovaných jako součást pozorovací sítě ČHMÚ, se zabývali Ledvinka a Lamačová (2015). Jejich hodnocení je zaměřeno spíše na existenci plošně platného trendu v rámci členění ČR na hydrogeologické rajony než na jednotlivé prameny.

Pro celé území ČR hodnotili změny bilančních veličin v poslední době Hanel aj. (2011) v rámci odhadu dopadů klimatické změny na hydrologickou bilanci, a to prostřednictvím rozdílů mezi průměry v období 1961-1980 a 1981-2005. Byl pozorován především nárůst teplot v ročním průměru o asi 0,6-1,2 °C.

Trendy v řadách sedmidenních klouzavých minim průtoků ve 144 vodoměrných stanicích v období 1961-2005 se zabývali Fiala aj. (2010). V letním období zjistili trend poklesu minim u 12 % stanic, které byly soustředěny v povodí horní a části střední Moravy a dále se vyskytovaly v několika povodích levostranných přítoků středního Labe.

V rámci změn sezonality srážek byl v dubnu zjištěn trend jejich poklesu ve třech bilančních oblastech v severních a východních Čechách o průměrně 15-19 %, a naopak jejich nárůst v bilanční oblasti horní Vltava o 13 % v červnu. V rámci ročního chodu teplot byl zjištěn pouze nárůst, a to v celé ČR, v dubnu, červnu a v listopadu o 0,4-0,9 °C a na Moravě i v červenci a srpnu o 0,5-0,7 °C.

Relativní vlhkost vzduchu roste v lednu především na Moravě o 1-1,4 %, v listopadu v celé ČR o 0,5-1,5 % a také v říjnu a prosinci v bilančních oblastech Berounka a Dyje o 0,7-1,3 %, a naopak klesá v březnu a dubnu v části bilančních oblastí v Čechách o 1,2-1,8 %.

V souladu se změnou ročního chodu teplot roste potenciální evapotranspirace v celé ČR především v dubnu a v červnu o 3-7 % a v listopadu až o 6-11 %, ovšem absolutní hodnoty potenciální evapotranspirace na konci roku jsou minimální a stejně tak i dopad tohoto zvýšení na vodní bilanci.

Ke zvýšení aktuální evapotranspirace dochází v měsících s dostupnou zásobou půdní vody pro výpar v reakci na případné zvýšení teploty, je tedy i výslednicí mírného zvýšení srážek na jihu a západě Čech, které lze dovodit z analýzy jednotlivých bilančních povodí.

V rámci celého roku bylo zjištěno zvětšení evapotranspirace ve čtyřech bilančních oblastech na jihu a západě ČR o 3-4 %. Trend měřeného i přirozeného odtoku je velmi podobný. Kromě poklesu odtoku v devíti bilančních povodích převážně na severovýchodě Čech o průměrně 17 % v květnu byly v ostatních měsících nalezeny trendy pouze v ojedinělých případech, z kterých nelze vyvozovat obecné závěry.

Nejvýraznější charakteristikou trendu měsíčních průměrů denních průtoků ve 161 vodoměrných stanicích, které jsou využívány pro stanovení základního odtoku, je nárůst odtoku v březnu u 31 stanic v pásu z jižních do východních Čech v průměru o 15 % a pokles v květnu u 32 stanic především v severních Čechách a na Moravě o průměrně 13 %, v srpnu u 17 stanic převážně na severní Moravě o průměrně 10 % a v prosinci, opět převážně na Moravě, výrazněji na severní, v průměru o 12 % u 39 stanic.

Podobně jako u průměrných hodnot i v minimech byl v pásu z jižních do východních Čech zjištěn nárůst odtoku v březnu průměrně o 19 %, ale stanic je méně, pouze 13. Poklesy v měsíčních minimech jsou natolik výrazné a v průběhu roku časté, že se projevují i poklesy ročních minim, kde u 25 stanic byl zjištěn pokles průměrně o 18 %.

Změny průměrného měsíčního základního odtoku z hlediska plošného rozšíření sledují změny celkového odtoku. Poklesy se tedy projevují nejvíce na Moravě (výrazněji na severní), v severovýchodních Čechách, na jaře více v Čechách.

U průměrných měsíčních stavů hladin v mělkých vrtech překvapivě převažuje v zimním půlroce (listopad až duben) vzestup hladin (23 až 42 vrtů) nad poklesy (5 až 18 vrtů), v letním půlroce byly zaznamenány přibližně stejně četné vzestupy i poklesy, a to u 12 až 20 vrtů.

U minimálních měsíčních stavů hladin také převažuje v zimním půlroce vzestup u 22 až 34 vrtů průměrně o 0,26-0,29 s nad poklesy, kterých je pouze 9 až 13 o velikosti průměrně 0,25-0,32 s. V letním půlroce početně mírně převažují poklesy nad vzestupy, objektů se zvyšující se hladinou je 18 až 28 oproti 14 až 19 vrtům, u kterých došlo ke snížení hladiny.

Plošné rozšíření i velikost a orientace trendu průměrných i minimálních měsíčních vydatností pramenů jsou prakticky totožné. S výjimkou března u průměrných vydatností zřetelně po celý rok převažují poklesy nad nárůsty, klesla vydatnost přibližně 16 až 26 pramenů, nárůsty byly zjištěny u jednoho až devíti pramenů.

U ročních průměrných i minimálních vydatností převažují poklesy nad nárůsty, přičemž pokles o velikosti 0,41 s, resp. 0,37 s byl zjištěn u 18, resp. 20 objektů, zatímco vzestup o velikosti 0,39 s, resp. 0,24 s u tří, resp. šesti objektů.

V řadách hodnocených bilančních veličin byl mezi lety 1980-2013 zjištěn především vzestup průměrných ročních teplot v části ČR o 0,4 °C za desetiletí a vzestup teplot v celé ČR v dubnu, červnu a v listopadu o 0,4-0,9 °C a na Moravě i v červenci a srpnu o 0,5-0,7 °C.

Hydrologická Bilance Během Suché Periody 2015-2019

Příspěvek je věnován stanovení a posouzení hydrologické bilance na vybraných povodích v České republice během suché periody v letech 2015-2019. Hydrologická bilance byla s využitím dat ze staniční sítě Českého hydrometeorologického ústavu (ČHMÚ) zpracována k závěrovým vodoměrným stanicím v povodí Blatného potoka, Lomnice, Skalice, Žehrovky, Javorky, Cidliny, Botiče a horní Sázavy.

Na povodích byly odvozeny měsíční, dlouhodobé měsíční a roční srážkové úhrny, měsíční, roční, případně dlouhodobé měsíční výšky odtoku a výšky skutečné měsíční evapotranspirace (pro měsíce duben až říjen) za období 2015-2019, které byly porovnány s odpovídajícími normálovými hodnotami za období 1981-2010.

Tato suchá epizoda byla zpracována v podobě porovnání srážek, odtoků a evapotranspirace na vybraných, relativně malých povodích v České republice, kde bylo možné využít klimatických a hydrologických dat staniční sítě ČHMÚ.

Jednou z hlavních náplní projektu je zřízení komplexního sledování složek hydrologické bilance ve vybraných lokalitách, analýza malých vodních nádrží na základě dat dálkového průzkumu Země (DPZ) či modelování hydrologické bilance povodí s malými vodními nádržemi.

Základní prostorovou jednotkou pro výpočet hydrologické bilance bývá nejčastěji povodí, ale může to být i jiná plošná jednotka, např. stát nebo kontinent. Hranice povodí vymezuje fiktivní čára, rozvodnice, což je spojnice nejvyšších míst, vrcholů a hřebenů oddělující sousední povodí.

Výpočet hydrologické bilance vychází ze základní bilanční rovnice oběhu vody. Do výparu z povodí řadíme výpar z půdy, rostlinného pokryvu, volné hladiny a transpiraci rostlin, souhrnně nazývané evapotranspirace.

V České republice zpracovává ČHMÚ každoročně hydrologickou bilanci, v níž se pro 10 dílčích povodí uvádějí hodnoty o atmosférických srážkách, celkovém a základním odtoku, zásobách vody ve sněhové pokrývce, změnách zásob podzemní vody a přirozených průtocích ve vybraných vodních tocích.

Roční, měsíční a dlouhodobé měsíční rastry srážek byly odvozeny s využitím orografické interpolace z bodových pozorování ve srážkoměrných stanicích. Roční a měsíční odtoky jsou v tomto článku uváděny jako odtoková výška, což představuje výšku vody na povodí v milimetrech za dané časové období.

Výpočet potenciální a skutečné evapotranspirace probíhá v ČHMÚ na pobočce Brno prostřednictvím agrometeorologického modelu AVISO (Agrometeorologická výpočetní a informační soustava). Jedním z dalších výstupů, kde se bodové hodnoty evapotranspirace používají, je Indikátor přívalových povodní (flash flood indicator, zkráceně FFI).

Povodí, která byla vybrána pro výpočet hydrologické bilance, musela splňovat několik - často protichůdných - kritérií. Výběr byl prováděn zejména s ohledem na zadání projektu, tedy aby zde bylo možné zkoumat interakci malých vodních nádrží s hladinou podzemní vody v blízkém okolí, jejich vliv na hydrologickou bilanci a zaměření na suchá období.

Povodí Blatného potoka se nachází v nejvyšších partiích Jizerských hor s rašeliništi, rašelinnými loukami a smrčinami v pramenné části. Průměrná nadmořská výška povodí je 820 m n. m. Na odtoku z rybníka existuje vodoměrné pozorování ve stanici Blatný potok s malými výpadky od roku 1988 (plocha povodí A = 4,76 km2).

V povodí Botiče bylo v průběhu let 2014 a 2015 rekonstruováno a převzato do částečné správy ČHMÚ mnoho vodoměrných stanic, mj. na přítoku do VD Hostivař (stanice Praha-Petrovice, A = 87,62 km2) a na odtoku z VD Hostivař (stanice Praha-Hostivař, A = 95,46 km2). Řady vodních stavů nejsou dlouhé, ale je možné porovnat přítoky a odtoky pro aktuální suché období.

K dispozici jsou data z vodoměrných stanic Žďár u Svijan (1941-1973, stanice nad rybníkem) a Březina (1974 - současnost, stanice pod rybníkem). Povodí je zajímavé tím, že se nachází v oblasti České křídové tabule s kvarterními sprašovými hlínami, křemenci a sedimenty, tedy s výrazně odlišnými horninami, než jsou lokality Vavřinec a Mrštín.

Jedná se o dvojici povodí s odlišným procentuálním zastoupením rybníků. V povodí Javorky je vodoměrná stanice Lázně Bělohrad (A = 38,35 km2), v povodí Cidliny jsou k dispozici data z vodoměrné stanice Jičín (A = 39,39 km2), respektive Kbelnice.

Lomnice a Skalice jsou sousední povodí v jižních Čechách. Na obou je závěrová stanice sledující vodní stavy shodně v provozu od roku 1931, povodí jsou zhruba stejně velká (plocha ke stanici je cca 370 km2), na druhou stranu jsou zde plochy malých vodních nádrží zastoupeny v rozdílném měřítku.

V pramenné části Sázavy se nachází rybník Velké Dářko se zatopenou plochou 205 ha. Po jeho vybudování v 15. století došlo k částečné změně hydrologických poměrů v pramenné oblasti Sázavy a rozšíření rašelinišť v plochém rozvodí Českomoravské vrchoviny. Od roku 2004 jsou k dispozici data z vodoměrné stanice Žďár nad Sázavou (A = 132,68 km2).

tags: #ekologicka #bilance #rovnice #co #to #je

Oblíbené příspěvky:

• Druhy lesního ekosystému
• Současné ekologické problémy
• Instalace výsuvných košů
• Přírodní řešení
• Kontroverzní inscenace "Odpad, město, smrt"