Výzkum a dokumentace

Ochrana přírody 3/2018 — 28. 6. 2018 — Výzkum a dokumentace — Tištěná verze článku v pdf

Bilance sedimentů v NPP Skalická Morávka a návrh managementu

Autor: Václav Škarpich, Tomáš Galia, Stanislav Ruman, Tereza Macurová, Jan Hradecký

Větvící se koryto je charakteristické rozdělením proudnice do několika protékaných, dynamicky se vyvíjejících ramen. Tento stav podmiňuje donáška větších objemů sedimentů, které se akumulují  v místech lokálního rozšíření aktivního řečiště. Širší koryto totiž vede ke snížení rychlostí proudění, kdy dochází ke snížení unášecí schopnosti vody a ukládání sedimentů. Proto je v těchto úsecích typická akumulace štěrkových a štěrkopísčitých sedimentů ve formě lavic a následně při sukcesi vegetace také vznik stabilních ostrovů.

Hloubkovou erozí postižené lokální rozšíření koryta na řece Morávce po povodni
v roce 2010. Foto Václav Škarpich

Trend vývoje koryta v posledních letech poukazuje na postupnou transformaci štěrkonosného větvícího se říčního vzoru v koryto jednoduché a zahloubené do skalního podloží. Příčinou je především dopad lidské činnosti, a to přímé zásahy do nivy a koryta Morávky a jejích přítoků (hrazení toků, stabilizace břehů), a dále nepřímé zásahy (změny využívání území s postupným zalesněním horské oblasti) povodí Morávky. Nejzásadnějšími jsou hráz vodního díla (VD) Morávka a jez ve Vyšních Lhotách, blokující sedimentární transport, iniciující efekt hladové vody (Kondolf 1997) a ovlivňující hydrologický režim, původně s vysokou rozkolísaností průtoků (Škarpich a kol. 2013). Důležitá je i litologická stavba území. Flyšová litologie Moravskoslezských Beskyd pozitivně působila na vysoké objemy vstupů sedimentárního materiálu do koryt a jeho transport do předpolí Beskyd. V případě stabilizace zdrojnic sedimentů a iniciace efektu hladové vody je flyšová litologie naopak velmi nepříznivá z hlediska vysoké náchylnosti jílovcových vrstev k hloubkové erozi.

Přeplavené štěrkové náplavy po povodni v roce 2010 v úseku PP Skalická Morávka.
Foto Václav Škarpich

Z důvodu pokračující transformace větvícího se koryta Morávky (především zahlubování koryta) v NPP bylo již v letech 2005 až 2006 vybudováno protierozní opatření lokálního rozšíření koryta, tzv. hrušky (Škarpich a kol. 2013). Hlavním cílem bylo zamezení hloubkové eroze zajištěním posunu splavenin do úseku NPP. V roce 2010 došlo při povodni N ≈20 k masivní destrukci lokálního rozšíření koryta spočívající v zahloubení do jílovcového podloží v úseku zhruba 1  km dlouhém (Hradecký a kol. 2012). Příčinou bylo nedodržení managementu průběžné navážky štěrků do objektu lokálního rozšíření koryta, přestože bylo součástí návrhových opatření schválených v rámci managementu daného objektu.

Objemy koryta dílčích úseků v letech 2009, 2010, 2013 a 2014. Vypracoval Stanislav Ruman

Vliv vodohospodářských úprav na mobilitu sedimentů
K soustavným regulacím Morávky a přítoků docházelo již od konce 19. století. Nejvýraznějším zásahem byla výstavba jezu ve Vyšních Lhotách (1960) a údolní nádrže Morávka (1967). Obě stavby významně ovlivnily splaveninový a také hydrologický režim. Známky akcelerované hloubkové eroze byly pozorovány ihned po dostavbě VD Morávka, kdy ještě při povodni v roce 1966 koryto Morávky v úseku pod VD aktivně měnilo směr, větvilo se a docházelo k významnému přeplavování korytových forem, avšak další povodeň v roce 1970 již způsobila zahloubení koryta o 0,5 až 1,0 m v úseku pod hrázovým tělesem. Na horním toku Morávky a na přítocích byl splaveninový režim ovlivněn především masivními hrazenářskými úpravami. Ty probíhaly od počátku 20. století a jejich existence trvá dosud. Dokonce dochází k jejich obnově, jako např. současná oprava spádových (hradících) objektů na dolním úseku Mohelnice.

Pro identifikaci potenciálních zdrojů sedimentů bylo využito modelování efektivních oblastí povodí, jež mohou přispívat donáškou sedimentů. Vychází z předpokladu, že hlavním faktorem řídícím dodávku sedimentů do říční sítě je sklon (Fryirs a kol. 2007). Modelování je založeno na identifikaci bariér a nárazníkových zón v povodí. Za nárazníkové zóny a bariéry byly říční niva a terasy oddělující přilehlé svahy od koryta vodního toku, náplavové kužely a jiné formy reliéfu se sklonem do dvou stupňů a hráz VD Morávka. Modelování ukazuje na fakt, že před výstavbou VD Morávka v profilu nad NPP byl podíl potenciálních zdrojových oblastí sedimentů 87  % a po vybudování VD Morávka tento podíl dramaticky klesl na 43 %.

Plošné zastoupení štěrkových lavic v jednotlivých letech v úseku
NPP Skalická Morávka. Vypracoval Tomáš Galia

Deficit sedimentárního materiálu v NPP Skalická Morávka
Dále bylo bilančně posuzováno množství transportovaného materiálu při určitých průtocích. Problémem je, že pro vodní toky flyšových Karpat chybí relevantní informace o transportu dnových splavenin. Byly proto analyzovány příčné a podélné profily zaměřované každoročně mezi lety 2005 až 2015 v rámci monitoringu zhodnocení funkčnosti lokálního rozšíření koryta v úseku ř. km 9,58 až 10,54 (zaměření prováděl správce toku). Zjištěna byla výrazná hloubková eroze a odnos materiálu mezi roky 2009 a 2010. Objem erodovaného materiálu v dotčeném cca 1  km dlouhém úseku byl stanoven na 22 tis. m³. V období let 2010 až 2013 byla zjištěna pozvolná agradace z důvodu absence větších povodní. V květnu 2014 byla zaznamenána další významnější událost s dobou opakování N >1. Tato se rovněž projevila zahloubením některých úseků a objem erodovaného materiálu v letech 2013 až 2014 byl stanoven na 2,4 tis. m³.

Modelovaný celkový transport dnových splavenin během doby trvání
průměrných denních průtoků na studovaných lokalitách (znázorněno
vždy pro tři jednotlivé příčné profily). Znázorněny jsou také N-leté
intervaly opakování průměrných denních průtoků. Důležité pro posouzení
dominantních průtoků jsou zálomy v trendech, nikoliv absolutní
hodnoty vzhledem k nemožnosti model kalibrovat na měřených datech.
Vypracoval Tomáš Galia

Dynamika štěrkových náplavů v NPP Skalická Morávka
Dynamika přeplavování štěrkových lavic je u přirozeně vyvíjejících se koryt ovlivněna pravidelně se opakujícími povodňovými událostmi, kdy dochází k narušování vegetací zarůstajících štěrkových náplavů. V NPP Skalická Morávka jsou však tyto pravidelné záplavy ovlivněny VD Morávka a jezem ve Vyšních Lhotách s přivaděčem Morávka-Žermanice. Po dostavbě těchto vodních děl je dle analýzy Škarpich a kol. (2013) patrné snížení výskytu povodňových událostí navíc ovlivněné efektem hladové vody s absencí transportovatelných sedimentů. Pravidelné narušování vegetací zarůstajících štěrkových lavic je tak eliminováno a náplavy jsou postupně stabilizovány dřevinnou vegetací. Postupný vývoj štěrkových náplavů v úseku NPP Skalická Morávka z hlediska jejich potenciální mobility a dynamiky byl zhodnocen na základě archivních leteckých snímků z let 1955, 2000, 2003, 2006, 2009, 2012, 2014 a 2016. Metoda spočívala v analýze plošné změny štěrkových lavic pomocí vizuální identifikace potenciálně mobilních (zcela bez vegetace nebo mírně porostlé bylinnou vegetací) a stabilizovaných (zcela zarostlé náletem dřevin) štěrkových lavic.

Z výsledků je zřejmé, že potenciální mobilita štěrkových lavic postupně klesá v důsledku sukcese. Plošné zastoupení potenciálně mobilních štěrkových lavic se snížilo mezi roky 1955 až 2000 pouze o 1  %. Nutné je však zmínit, že distribuce a plošné zastoupení potenciálně mobilních štěrkových lavic byly v roce 2000 ovlivněny předchozí povodní z května 1997 s dobou opakování N ≈>20. V období od roku 2000 do roku 2016 se snížila plocha potenciálně mobilních štěrkových lavic o 85  % (cca 20 ha). Tento trend úbytku nezměnila ani velká povodeň v roce 2010, a to i přes výrazný disturbanční efekt ve smyslu destrukce náletových dřevin a keřů stabilizujících štěrkové náplavy.

Dominantní průtok pro transport dnových splavenin
Dominantním průtokem u typů koryt jako řeka Morávka chápeme takový průtok, jenž z dlouhodobého hlediska transportuje největší množství dnových splavenin (Benson a Thomas 1966; Wolman a Miller 1960). Tato hodnota je obvykle blízká korytotvornému nebo efektivnímu průtoku, který utváří a udržuje vlastní morfologii koryta a jednotlivých formací (např. štěrkové lavice, stupně, peřeje nebo tůně). Obvykle odpovídá u štěrkonosných toků hodnotám průtoku s dobou opakování N ≈ 1–2,5 (Czech a kol. 2016, Galia a Škarpich 2016, Wolman a Miller 1960).

Hodnota dominantního průtoku byla hledána pro horní část NPP Skalická Morávka (úsek pod jezem ve Vyšních Lhotách) a zdrojnice Morávku (úsek pod tělesem hráze VD Morávka) a Mohelnici (úseku 3,0 ř. km).

Pro úsek koryta v horní části NPP byl navíc aplikován alternativní scénář, kdy celá šířka pravidelně zaplavované nivy je zcela bez stromové vegetace a nacházejí se zde nestabilizované štěrkové lavice. Pro modelování intenzity transportu dnových splavenin bylo využito extenze MS Excel BAGS (Bedload Transport Assessement for Gravel-bed Streams, freeware publikován USGS) s pomocí Parkerovy (1990) rovnice, která je odvozena z dat štěrkonosných toků morfologicky poměrně blízkých Morávce a Mohelnici.

Výsledky modelování ukázaly, že dominantní průtok je ve sledovaných profilech obtížně definovatelný. Důvodem je především rozkolísanost průtoků a ovlivnění vodními díly. Pro řeku Mohelnici (ř. km 3,0) by dominantní průtok mohl odpovídat dvouletému dennímu průměrnému průtoku, nicméně důležité se ukázaly i vyšší povodňové průtoky. Tato situace obvykle odpovídá výše položeným bystřinným korytům (Lenzi a kol. 2006). Pro horní úsek Morávky v NPP nelze dominantní průtok spolehlivě určit díky značnému ovlivnění hydrologického režimu (dlouhé doby nízkých průtoků vlivem VD Morávka a převody vody do VD Žermanice jezem ve Vyšních Lhotách). Důležité z hlediska aktivního přeplavování celého řečiště budou zejména průtoky o vyšším intervalu opakování. Pro aktivní přeplavování štěrků v celé šířce větvení, které by zabránilo šíření dřevinné vegetace a jejímu následnému efektu stabilizace náplav, jsou zřejmě nutné pravidelně se opakující vysoké hodnoty průtoků přesahující 100 m³/s, což odpovídá původnímu neovlivněnému hydrologickému režimu řeky. Bylo by však zároveň potřeba zajistit dodávku dostatečného množství štěrků, které by zabránilo nežádoucí hloubkové erozi.

Návrh managementových opatření s cílem omezení projevů hloubkové eroze v NPP
Při zachování současného stavu existující diskonektivity v povodí řeky Morávky (hrazení toků, regulace koryt) s absencí sedimentů a ovlivněného hydrologického režimu vodními díly je možné předpokládat dále se prohlubující transformaci koryta v NPP.

Z pohledu zachování aktivního větvení koryta je jedinou možností dodávání chybějících korytových sedimentů do objektu lokálního rozšíření koryta a místně také v jednotlivých úsecích níže. Sanace erozních procesů způsobených povodní v roce 2010 by vyžadovala jednorázové uložení korytových sedimentů v objemu 20–25 tis. m³. V budoucnu je pak nutné dynamicky doplňovat chybějící korytové sedimenty v množství stanoveném na základě průběžného monitoringu erozně-akumulačních procesů (např. analýzou podélných a příčných profilů) v dotčeném úseku. Lze předpokládat, že po průtocích s dobou opakování N ≈1 za současné situace bude potřeba dodat objem zhruba 2–3 tis. m³ chybějících korytových sedimentů.

Také je nutné zajistit stabilitu nivelety koryta lokálním zdrsněním nebo uplatněním technických stabilizačních prvků (např. nízké příčné prahy) v úseku ř. km 9,5 až 10,5, který byl nejvíce postižen zahloubením v roce 2010.

Zachování částečně přírodě blízkého stavu větvení koryta s přítomností aktivně přeplavovaných štěrkových lavic předpokládá zabránění zarůstání těchto lavic vegetací (na ploše zhruba 20 ha) formou občasného povodňování nebo managementem pravidelného mýcení dřevin jednou za dva až tři roky. Musíme však zohlednit zvýšenou mobilitu odhalených lavic a deficit korytových sedimentů v NPP. Z tohoto důvodu je nutné vždy doplnit korytové sedimenty s cílem zamezení procesů iniciovaných efektem hladové vody.

Nedílnou součástí je také mrtvé říční dřevo, které má pozitivní vliv na drsnostní parametry koryta. To napomáhá ukládání štěrků s utvářením lavic. Žádoucí je ponechání mrtvé dřevní hmoty především v širokých úsecích v NPP.

Seznam literatury

Benson, M.A., Thomas, D.M. (1966): A definition of dominant discharge. Int. Assoc. Sci. Hydrol. Bull.

Czech, W., Plesiński, K., Radecki-Pawlik, A., Radecki-Pawlik, B. (2016): Dominant discharge – an outline of theory and a case study from the Raba River. Acta Sci. Pol. Form. Circumiectus 15, s. 41–53.

Fryirs, K.A., Brierley, G.J., Preston, N.J., Spencer, J. (2007): Catchment-scale (dis)connectivity in sediment flux in the upper Hunter catchment, New South Wales, Australia. Geomorphology 84, s. 297-316.

Galia, T., Škarpich, V. (2016): Do the coarsest bed fractions and stream power record contemporary trends in steep headwater channels? Geomorphology 272, s. 115–126.

Hradecký, J., Škarpich, V., Galia, T., Dušek, R. (2012): Skutečně spádový stupeň na Morávce funguje? Poznámky k příspěvku L. Roušara a kol.: Zhodnocení funkce přírodního spádového stupně na řece Morávce pod rozdělovacím objektem Vyšní Lhoty (VH, 11/2012, s. 352-355). Vodní hospodářství 62(12), s. 398-400.

Kondolf, G.M. (1997): Hungry water: effects of dams and gravel mining on river channels. Environmental Management 21, s. 533-551.

Lenzi, M.A., Mao, L., Comiti, F. (2006): Effective discharge for sediment transport in a mountain river: Computational approaches and geomorphic effectiveness. J. Hydrol. 326, s. 257–276.

Parker, G. (1990): Surface-based bedload transport relation for gravel rivers. J. Hydraul. Eng. 28, s. 417–436.

Škarpich, V., Hradecký, J., Dušek, R. (2013): Complex transformation of the geomorphic regime of channels in the forefield of the Moravskoslezské Beskydy Mts: case study of the Morávka River (Czech Republic). Catena 111, s. 25-40.

Wolman, M.G., Miller, J.P. (1960): Magnitude and frequency of forces in geomorphic processes. J. Geol. 68, s. 54–74.