VLIV LESA NA ODTOKOVÉ POMĚRY NA MALÉM POVODÍ

Doc. Ing. Vladimír Švihla, DrSc. - Česká akademie zemědělských věd Praha

Vliv lesa na hydrologii malých povodí je v popředí odborného zájmu lesníků, hydrologů, zemědělců i obcí téměř 200 let. Katastrofální vliv odlesnění velkých ploch na lidská sídla provází lidskou civilizaci od jejích počátků. Vliv lesů na vodu v krajině je mnohostranný: projevuje se v hydrologické bilanci malých povodí (dále jen MP), v režimu průměrných denních průtoků malých toků i ve velikosti velkých vod. Protože vliv lesa na vodu v krajině není jednoduchý, je těžké jeho zobecnění. Tento vliv se mění podle přírodních podmínek a také jeho důležitost je různá v různých přírodních a civilizačních podmínkách. Je důležité věnovat proto pozornost úplné hydrologické charakterizaci vlivu lesa na odtokové poměry v MP. Hydrická funkce lesů je vlastní všem lesům jako takovým, bez ohledu, jak je klasifikujeme.

ROZBOR VLIVU LESA NA VODU V KRAJINĚ

Hydrologie charakterizuje vodu v MP hydrologickými veličinami v určitém profilu malého vodního toku (dále MVT) v závěru území, ze kterého odvádí vodu. Vodní režim MP se obvykle charakterizuje:

- hydrologickou bilancí,

- režimem průtoků v MVT (M - denní vody, charakterizující zabezpečenost určitého průtoku v průběhu roku),

- režimem velkých vod (povodní), který je popisován velikostí povodňových průtoků a četnosti jejich opakování (1x za N let).

Hydrologická bilance MP

Definuje se v uzavřeném povodí vztahem pro zvolený časový interval HS = Q + Z + DW (mm za zvolené období delta t); HS - úhrn ovzdušných srážek; Q - celková odtoková množství; Z - územní výpar: evapotranspirace (výpar z půdy a transpirace lesní vegetace) + intercepce (množství srážek zachycených nadzemní částí rostlinné vegetace), z hlediska odtoku “ztráta”; DW - změna zásoby vody v MP.

Velké lesní komplexy zvyšují celkový úhrn srážek oproti bezlesí maximálně o 5 - 6 %. Je to způsobeno vyšší vlhkostí ovzdušné vrstvy nad les-ními komplexy. Na horách lesy zvyšují srážkový úhrn zachycováním horizontálních srážek. Úhrnný odtok z větších lesních celků je zpravidla nižší než celkový odtok z bezlesí (z polí a luk). Z literatury i z vlastních prací autora lze odvodit, že celkový roční objem odtoku z lesů činí v průměru 0,75 - 1,04 odtoku ze zemědělských kultur. Tato hodnota kolísá podle vodnosti jednotlivých let, horní hodnoty 1,04 dosahuje v letech suchých. Nižší celkový odtok vody z lesních porostů oproti zemědělským kulturám je dán převážně podstatně vyšší intercepcí lesních porostů oproti loukám nebo polním kulturám. Koruny stromů v lese zachytí podle stáří stromů, jejich druhového složení a zakmenění různé množství srážkové vody, maximálně v našich podmínkách asi 45 % srážek (SM na Trokavci a V. Bukové, Zdrubecký 1964). Z korun lesních porostů se zadržená srážková voda vypaří do ovzduší.

Z pozorování v horských lesích v Beskydech (Chlebek, Jařabáč, 1995) však vyplývá, že zde mohou být celkové odtoky z MP vyšší než naměřené úhrny srážek, což dokládá významnost zachycení horizontálních srážek lesními porosty, které běžná měření nezaregistrují. Avšak i v těchto podmínkách byl na Kamenitém potoce v Lomné odtok ze zemědělské půdy vyšší o 17 % než z půdy lesní (měření 1956 - 1960, Chlebek, Jařabáč 1995). Pro lesnické vodní hospodářství je však významný výsledek rozboru režimu odtoků z lesů na Českomoravské vysočině (povodí Svratky po Dalečín), který jasně ukazuje, že lesní komplexy snižují velikost odtoků velkých vod a zvyšují velikost odtoků nižších, s vyšším než 55% zabezpečením. Podobný výsledek přinesla i měření autora v Hořovické pahorkatině na Cerhovickém potoce.

Územní výpar v lese je dán transpirací stromového, keřového a bylinného patra lesních porostů, výparem z půdy a výparem části ovzdušných srážek zachycených korunami, větvemi a kmeny lesních stromů. Je určován velikostí HS, průběhem teplot, vlhkosti a charakterem vegetačního krytu. Nejnižší hodnota výparu v lesích ČR 216 mm/rok je v pramenné oblasti Vydry v Modravském polesí na Šumavě, nejvyšší hodnota pak ve vrcholových partiích Hrubého Jeseníku 608 mm/rok. Podle přehledu zveřejněného Kantorem a Klímou (1997) pro ovzdušné srážky na území pahorkatin centrální Evropy se celkový výpar pohybuje v jehličnatých porostech mezi 506 - 687 mm/rok s průměrem 554 mm/rok a v listnatých porostech 390 - 673 mm/rok s průměrem 508 mm/rok. Pro srovnání výpar z trvalých travních porostů se v těchto podmínkách pohybuje mezi 350 - 550 mm/rok, průměrně 450 mm/rok.

Horské a podhorské lesní oblasti jsou i při poměrně vysokých hodnotách územního výparu zásobárnou vody, protože jsou to území s vysokými srážkami, které lesní porosty stačí zadržovat pro období sušší. Ve srovnání se zemědělskými pozemky zde sice odteče zpravidla menší objem vody v období s vyššími průtoky, ale vyšší objem vody v období s nižšími průtoky. Nižší celkový objem odtoku z horských lesů oproti horským loukám není na závadu, protože v těchto oblastech je všeobecně nadbytek vody. Také rozdíl v objemech odtoků ze zemědělských pozemků a lesů je tady nižší. V nížinách a pahorkatinách při poměrně vysokých hodnotách územního výparu je rozdíl mezi objemem odtoku vody z lesů a zemědělských pozemků zpravidla vyšší, z lesů zde odtéká v průměru jen asi 60 - 70 % objemu odtoku ve srovnání s bezlesím. Dolní mez objemu odtoku se týká lesů jehličnatých, které mají všeobecně vyšší hodnotu územního výparu než lesy listnaté, v průměru o 10 %. V nížinách a pahorkatinách to je v průměru 50 mm/rok, což je velmi mnoho. Z analýzy autora však vyplývá, že i v nížinách a pahorkatinách (mimo lužní lesy) zpravidla odteče v období vyšších průtoků větší objem vody z bezlesí než z lesa, ovšem daleko významnější je, že v období s nižšími průtoky jsou MVT zásobeny převážně nebo výhradně vodou z lesních zdrojů.

Změna zásoby vody v malém, zalesněném povodí je dána plněním nebo vyprazdňováním vodou porézního prostředí kvartérních útvarů, tj. půdy a jejího bezprostředního podloží. Zásoba vody v MP pokrytém lesy bývá zpravidla nejvyšší na začátku jara a nejnižší v říjnu. V hydrologickém roce, který začíná 1. 11., se úbytky a přírůstky zásob vody v MP vyrovnávají. Lesní půda, protkaná makropóry po zbytcích kořenů stromů a s vysokou infiltrační schopností pro srážkovou vodu dopadající k povrchu půdy je vynikající retenční nádrží podzemní vody, která vydává zvolna své zásoby v suchých obdobích roku jako disponibilní vodu pro evapotranspiraci lesní vegetace a dotaci MVT podpovrchovou a podzemní vodou. Pro vysokou infiltrační schopnost lesních půd, zvláště pak půd lesů listnatých se plošný povrchový odtok v lesích prakticky nevyskytuje a srážková voda dopadající k povrchu půdy se plynule vsakuje nejprve do svrchní vrstvy půdy, obohacené humusem, kde se hromadí a volněji proudí do dalších vrstev půdy a jejího podloží. Povrchový odtok se tvoří jen v hydrografické mikrosíti, tj. v drobných úpadech, těžebních linkách a lesních cestách. Tento proces vysvětluje, proč lesní porosty tlumí povrchový odtok (maxima) a zvyšují odtoky podpovrchové a podzemní (minima) - viz tabulka 1.

REŽIM PRŮTOKŮ NA VODNÍCH TOCÍCH S MALÝM POVODÍM

Vodní režim toků je charakterizován tzv. M-denními vodami, tj. průměrnými denními průtoky zabezpečenými po dobu M dní v roce. Průtok 364 denní (nejnižší v roce) je zabezpečen vodním tokem po celý rok, průtok jednodenní (nejvyšší v roce) jen v jednom dni v roce. Pro hospodaření vodou je důležité vědět, jak se lesy podílejí na tvorbě M-denních vod v MP. Pro řešení této otázky sestavil autor (Švihla, 1994) hydrologický model, kterým je možno stanovit odtok z jednotlivých kultur v MP (z lesů, polí, trvalých travních porostů a ostatních ploch) na základě celkových průtoků v závěrečném profilu povodí. Tento postup byl odvozen pro řešení revize pásem hygienické ochrany v povodích s vodárenskými nádržemi na pitnou vodu v povodí řeky Moravy.

Hlavním dílčím výsledkem hydrologické analýzy tímto modelem je stanovení rozdělení odtoků z jednotlivých kultur v povodí podle velikosti těchto odtoků, tj. podle M-dennosti. Výsledek řešení pro VN Vír na řece Svratce je na grafu 1 a tabulce 2. Z grafu je možno odvodit tabulku 2. Z obrázku a tabulky je zřejmé, že v roce dlouhodobě průměrném na vrchovině v povodí Svratky po Dalečín:

- odtoky z lesa jsou do průtoku 180denní vody nižší než odtoky z polí a do 220denní vody nižší než odtoky z trvalých travních porostů (TPP),

- odtoky z lesa jsou od průtoku 180denní vody vyšší než odtoky z polí a od průtoku 220denní vody vyšší než odtoky z TTP, s maximem při 355denním průtoku (tj. bezpečně odtoku) podzemních vod z hydrologických struktur, které jsou lesem zřejmě více dotovány než poli a loukami.

Podrobná analýza odtoků ze srpna v období 1986 - 1996 (tj. měsíce s nejnižšími průtoky v roce) přinesla tyto závěry:

- v nejsušším srpnu periody odtékalo z lesů 1,31x více vody než z polí a 1,38x více vody než z TTP,

- za období 14leté periody srpnový odtok z lesů byl v průměru 1,04x vyšší než z polí a o 10 % nižší než z TTP,

- v nejsušším roce periody (1990) byl průměrný roční odtok z lesa v průměru 1,04 odtoku z polí a 0,95 odtoku z TTP,

- v nejsušším měsíci suchého roku 1990 byl odtok z lesů 1,43x vyšší než odtok z polí a 1,58x vyšší než odtok z TTP.

Horní povodí Svratky je zalesněno převážně smrkem. Oprávněně lze na základě výsledků analýzy konstatovat, že v dlouhodobém průměru lesní porosty minima odtoku M-denních vod na vodních tocích vrchovin zvyšují a maxima M-denních vod snižují. Vyrovnávají tak odtok M-denních vod, avšak s tím, že odtoky z lesů jsou v dlouhodobém průměru nižší než odtoky ze zemědělských kultur.

Obdobné výsledky přineslo řešení problémů hydrologické bilance pro zemědělsko - lesní povodí Cerhovického potoka v Hořovické pahorkatině (Středočeská oblast). Za celé období pozorování (1984 - 1992) byl odtok z lesů jen 70 % odtoku ze zemědělských kultur. Avšak v suchých letech zásoboval vodou Cerhovický potok pouze přítok z lesa Buchalka, takže průtok v Cerhovickém potoce od soutoku s přítokem z lesa Bouchalka po závěrečný profil pod obcí Cerhovice klesal, protože se voda z potoka ztrácela průsakem z koryta toku do okolních zemědělských pozemků. Lesy na Bouchalce tvoří převážně smrkové porosty.

REŽIM VELKÝCH VOD NA MALÉM LESNÍM POVODÍ

Literárních údajů o vlivu lesů na velké vody (povodňové průtoky) je dostatek, avšak jejich závěry jsou často mnohoznačné. Jsou údaje, že odlesnění nemá valný vliv na velikost velkých vod až po údaje, že odlesnění přinese jejich téměř katastrofické zvýšení (Blažková, Kolářová, 1994, Ven Te Chow, 1964). V našich poměrech se obecněji touto problematikou zabýval Dub (Dub, 1957). Podle něho může na zalesněném povodí vzniknout maximální odtok o 50 % nižší než v povodích nezalesněných. Předpokladem je, že jde o les zachovalý, hydrologicky účinný. Obecně vyjadřuje tento vztah pro SR vztahem: g = 1 - 0,5 Pl/P, kde Pl je zalesněná část povodí, P je plocha povodí. Čermák (Čermák, 1962) upravil Dubův vztah pro povodí na Moravě: g = 1 - 0,4 Pl/P, který je blíže poměrům v ČR. Výsledky Válkovy z povodí Kychová a Zděchovky (Válek, 1953) lze těžko zobecnit, protože uvedená povodí nejsou hydrologicky srovnatelná.

Dlouholeté práce VÚLHM Jíloviště - Strnady na výzkumné stanici Hnojník (od roku 1989 Frýdek - Místek) lze v otázce velkých vod zobecnit závěrem “les správně obhospodařovaný bude vhodně a nenásilně plnit i vodohospodářskou funkci, vytvářet dobré podmínky pro žádoucí působení lesů na srážko - odtokový proces” (Lochman a kol., 1998).

Stanovení vlivu obnov lesů velkých rozsahů na hydrogramy velkých vod věnoval autor značnou pozornost (Švihla, 1999). Z údajů publikovaných VÚLHM (Lochman a kol., 1998) byly vybrány reprezentativní vlny velkých vod v kalibračním období 1954 - 1966 a v období obnov 1980 - 1993 v povodí Červíku. Na základě naměřených vln byl odvozen hydrologický model pro období kalibrační a pro období obnov. Porovnání obou modelů uvedených na stejné hodnoty vstupních veličin bylo zjištěno, že po obnově v povodí Červík došlo

- ke snížení maxima velkých vod,

- ke zpomalení odtoku podpovrchového a ke zvýšení jeho objemu,

- ke snížení odtoku povrchového.

Analýza potvrdila, že věkové a druhové rozrůznění lesních porostů je pro velikost odtoků podstatné. Poznamenává se, že při rozsáhlých obnovách lesů ze 2/3, kdy původní bukové porosty byly zaměněny smrkem, lze očekávat i změny parametrů velkých vod. Autorem odvozený model udává pro zvýšení lesnatosti povodí Svratky z 43 % na 100 % snížení kulminace velkých vod o 26 %. Na základě citovaných vztahů Dubových v modifikaci podle Čermáka dostaneme 24 %. Kdyby totéž ze 43 % zalesnění povodí se změnilo na povodí pouze se zemědělskou půdou a ostatními plochami, stoupla by kulminace velkých vod o 21 %. Znamená to, že bezlesí dává oproti půdě zcela zalesněné o 47 % vyšší kulminaci velkých vod, zalesněním bezlesí se tedy zde sníží kulminace velkých vod přibližně 1,5x. Podle Čermáka to je 1,7x.

ZÁVĚRY PRO LESNÍ HOSPODÁŘE

V oboru vodohospodářských funkcí byla v lesích k uplatnění vydána Instrukce č. 13/1982 pro víceúčelové obhospodařování lesů v ochranných pásmech vodárenských zdrojů. Aktualizace uvedených zásad v povodí vodní nádrže Šance v Beskydech je obsažena ve Sborníku z celostátního semináře Lesnické hospodaření v povodí vodárenských nádrží a toků, ČLS, LČR, s. p., ČAZV, NLK, 1999. Zákonné podklady lesnického vodního hospodářství jsou uvedeny v autorově stati Veřejný zájem v lesnickém vodním hospodářství, (Švihla, 1999, In: Zajištění cílů veřejného zájmu rozvojem mimoprodukčních funkcí, ČAZV, LČR, s. p., NLK, ČLS, Hradec Králové). Zde se proto uvádějí jen doplňující praktická doporučení autora:

1. Vysoce kladné účinky lesa v hydrologii malých lesních a zemědělsko - lesních povodí s vodárenskými zájmy lze očekávat jen tam, kde jde především o lesy zdravé, odpovídající stanovištním podmínkám. Úsilím lesního hospodářství musí tedy být pěstování lesů ekologicky stabilních na typologickém základě.

2. Důležitá zásada pro vytváření ekologicky stabilního lesa je přiblížit se přirozené skladbě lesa, tj. zvýšit druhovou, prostorovou a věkovou diferenciaci lesních porostů. K tomu vede podpora přirozeného zmlazení původních druhů dřevin všude, kde to je možné.

3. Hydrologicky kladně se v nížinách, pahorkatinách i vrchovinách projevují dřeviny listnaté. Potřebou tedy v těchto podmínkách je co nejširší zastoupení listnáčů na vodohospodářsky důležitých územích.

4. Větším výkyvům v parametrech hydrologické bilance se zabrání uplatňováním jemných forem v lesním hospodářství, jak je doporučují přední pěstitelé lesů (např. Poleno, 1999).

5. Větší lesní celky zvyšují odtok podpovrchových vod a podzemních vod a tím stabilizují minimální odtoky ve vodních tocích. Je v zájmu lesnického vodního hospodářství podporovat snahu ústředních správních orgánů zalesňovat nevyužité zemědělské pozemky v nejvyšší možné míře.

6. Samostatnou otázkou je kvalita vod odtékajících z lesů. Zde se jen poznamenává, že při nízkých průtocích ve vodních tocích převládá odtok z lesů, který významně zlepšuje jejich kvalitu.

Tabulka 1: Příklad průměrné hydrologické bilance

a) lesy centrální Evropy (Kantor, Klíma, 1997) v mm/rok

	HS	Q	Z	průměrný specifický odtok
				(l/s/km2)	%
Jehličnaté porosty	671	117	554	3,73	68
Listnaté (smíšené) porosty	681	173	508	5,51	100

b) lesy povodí Svratky po Dalečín (vrchovina), dlouhodobý průměr (Švihla, 2000)

	HS	Q	Z	průměrný specifický odtok
				(l/s/km2)	%
Lesy	700	243	457	7,73	100
Pole	700	291	409	9,27	120
Trvalé travní porosty	700	342	358	10,89	141
Ostatní	700	322	378	10,25	-
Průměr	700	285	415	9,08	-

Tabulka 2: Poměr odtoků z různých kultur podle M-denních vod v povodí Svratky

odtok/M	1	30	90	180	270	330	355	364	průměr	pozn.
lesy/pole	0,65	1,03	0,79	0,98	1,34	1,38	1,47	1,28	0,83	dlouhodobé průměry
lesy/TTP	0,56	0,88	0,67	0,88	1,23	1,24	1,6	1,35	0,71	profil Svratka
TTP/role	1,16	1,17	1,16	1,11	1,09	1,1	0,92	0,95	1,17	Dalečín