Porovnání hydrologických charakteristik M-denních průtok referenčního období 1981–2010 a uvažovaného referenčního období 1991–2020

ÚVOD

M-denní průtoky patří podle české státní normy ČSN 75 1400. Hydrologické údaje povrchových vod mezi Základní hydrologické údaje [1]. Hodnoty M-denních průtoků ve vodoměrných stanicích jsou odvozené z časových řad pozorovaných průměrných denních průtoků za definované referenční období. V současnosti se pro návrhové účely používá referenční období 1981–2010 [2]. S ukončením druhé dekády 21. století se uvažuje o změně referenčního období na roky 1991–2020. V minulosti poskytoval Český hydrometeorologický ústav (ČHMÚ) hydrologické údaje za referenční  období 1931–1940, 1931–1960 a 1931–1980.

Referenční období 1981–2010

Hydrologické charakteristiky M-denních průtoků za období 1981–2010 byly vypočteny v ČHMÚ pro vodoměrné profily po roce 2010 a v následujících letech pak došlo k odvození charakteristik M-denních průtoků pro nepozorované profily za pomocí nových matematicko-statistických nástrojů. Při zpracování dat bylo využito podstatně širší datové základny s vyhodnocenými průměrnými denními průtoky ze sítě vodoměrných stanic než v předchozím referenčním období 1931–1980. Při výpočtech bylo možné začlenit dostupné údaje o ovlivnění přirozeného průtokového režimu odběry vod, o vypouštění odpadních vod či manipulacích na vodních dílech v celém referenčním období. Při odvození byla využita tehdy nová vrstva rozvodnic základních hydrologických povodí měřítka 1 : 10 000 a další aktuální datové vrstvy GIS [3].

Srovnání vybraných hydrologických charakteristik období 1981–2010 s uvažovaným referenčním obdobím 1991–2020

Základní hydrologické údaje charakterizující odtokové poměry daného vodního toku jsou dlouhodobý průměrný průtok Q_a a kvantily M-denních průtoků Q_Md. Statistickou analýzou změn hydrologických charakteristik prošlo 304 vodoměrných stanic ČHMÚ, které mají nepřerušené pozorování v období 1. listopadu 1980–31. října 2020. V tab. 1 je uvedena procentuální změna dlouhodobého průměrného průtoku a vybraných kvantilů M-denních průtoků odvozených za období 1991–2020 a za období 1981–2010 pro 35 vybraných vodoměrných stanic. Pro zvýraznění velikosti změny jednotlivých charakteristik byly buňky barevně označeny v odstínech červené (zmenšení charakteristiky v období 1991–2020 oproti období 1981–2010) a modré (zvětšení charakteristiky v období 1991–2020 oproti období 1981–2010). Na první pohled je zřejmé, že v tabulce převládají červené odstíny u všech zobrazených hydrologických charakteristik. Až na výjimky u několika antropogenně ovlivněných vodoměrných stanic došlo v období 1991–2020 převážně ke zmenšení odtokových charakteristik.

Tab. 1. Procentuální změna vybraných kvantilů M-denních průtoků odvozených za období 1991–2020 vůči období 1981–2010 ve vybraných vodoměrných stanicích

Tab. 1. Percentage change of selected quantiles of M-day discharges derived for the period 1991–2020 compared to the period 1981–2010 in selected gauging stations

Pro porovnání vývoje vodnosti během období 1981–2020 byly vypočteny procentuální podíly každého průměrného ročního průtoku na dlouhodobém průměrném průtoku za období 1981–2010 pro 304 vodoměrných stanic. Tyto procentuální podíly byly následně zprůměrovány pro každý hydrologický rok a tato hodnota slouží jako charakteristika vyjadřující procentuální podíl odtoku daného roku na dlouhodobém průměrném průtoku (viz graf na obr. 1). Z grafu je patrné, že při porovnání dekád 1981–1990 a 2011–2020, kterými se liší v současnosti používané a nově uvažované referenční období, patřila většina roků z období 2011–2020 do víceletého suchého období, které započalo v roce 2014 a v některých regionech trvalo až do roku 2019. V osmdesátých letech 20. století byly výrazně podprůměrné (< 0,8) pouze roky 1984 a 1990, ostatní roky byly odtokově blízké dlouhodobému průměru 1981–2010 nebo byly dokonce odtokově nadprůměrné. Tato skutečnost vysvětluje záporné změny dlouhodobého průměrného průtoku u většiny vodoměrných stanic.

Obr. 1. Průměrné roční podíly Q_r na dlouhodobém průměrném průtoku Q_a za období 1981–2020 ve 304 vodoměrných stanicích (Q_{a 1981–2010} = 1)

Fig. 1. Average annual shares of Q_r in the long-term mean discharge Q_a for the period 1981–2020 in 304 gauging stations (Q_{a 1981–2010} = 1)

Velikost změny dlouhodobého průměrného průtoku vypočtená za období 1991–2020 vůči období 1981–2010 se v souboru 304 vodoměrných stanic pohybuje v rozmezí od −27 % v profilu Želízy na Liběchovce do +31 % ve výrazně antropogenně ovlivněném profilu VD Žermanice na Lučině. Mapa na obr. 2 zobrazuje velikost procentuální změny dlouhodobého průměrného průtoku Q_a ve vybraných vodoměrných stanicích v období 1991–2020 vůči období 1981–2010. Průměrná hodnota změny dlouhodobého průměrného průtoku vypočtená v souboru 304 vodoměrných stanic se rovná −7,3 %. Z regionálního pohledu jsou nejmenší změny velikosti dlouhodobého průměrného průtoku v povodí Malše a Odry, naopak největší poklesy byly zaznamenány u vodoměrných stanic v horní části povodí Berounky, Ploučnice, Svratky, Jihlavy a Dyje. Z celkového pohledu na mapu je zřejmé, že zmenšení dlouhodobého průměrného průtoku je takřka celoplošné.

Obr. 2. Procentuální změna dlouhodobého průměrného průtoku Q_a ve vybraných vodoměrných stanicích v období 1991–2020 vůči období 1981–2010

Fig. 2. Percentage differences between long-term mean discharges Q_a at selected gauging stations for the periods 1991–2020 and 1981–2010

 Do značné míry podobné prostorové rozložení se objevuje i u výsledků výpočtu procentuální změny 30denního průtoku Q_30d při porovnání této charakteristiky za období 1991–2020 vůči období 1981–2010 (viz obr. 3). Jelikož jsou nejvíce vodné roky od druhé poloviny devadesátých let 20. století až do roku 2010 společné pro obě referenční období, rozhoduje v případě velikosti změny 30denního průtoku Q_30d opět porovnání dekády osmdesátých let 20. století a posledního desetiletí 2011–2020. Obecně bylo období 1981–1990 vodnější než období 2011–2020, proto vychází průměrná hodnota změny 30denního průtoku Q_30d v souboru 304 vodoměrných stanic −7,2 %.

Obr. 3. Procentuální změna 30denního průtoku Q_30d ve vybraných vodoměrných stanicích v období 1991–2020 vůči období 1981–2010

Fig. 3. Percentage differences between Q_30d discharges at selected gauging stations for the periods 1991–2020 and 1981–2010

V mapě na obr. 4 je zobrazena ve vybraných vodoměrných stanicích velikost procentuální změny 355denního průtoku Q_355d v období 1991–2020 vůči období 1981–2010. Vzhledem k dlouhotrvajícímu hydrologickému suchu v období 2014–2019, jež pokračovalo v určitých částech republiky až do roku 2020, došlo u většiny vodoměrných stanic k poklesu hodnot kvantilů minimálních průtoků. Během dlouhotrvajících bezesrážkových období v průběhu suchých let byla pozorována dlouhodobá období trvání minimálních průtoků. To způsobilo, že průměrná velikost změny 355denního průtoku Q_355d v souboru 304 vodoměrných stanic je −13,4 %.

Obr. 4. Procentuální změna 355denního průtoku Q_355d ve vybraných vodoměrných stanicích v období 1991–2020 vůči období 1981–2010

Fig. 4. Percentage differences between Q_355d discharges at selected gauging stations for the periods 1991–2020 and 1981–2010

Výše popsané změny velikosti vybraných kvantilů M-denních průtoků ovlivnily tvar křivek překročení M-denních průtoků ve vodoměrných stanicích. V grafech na obr. 5–7 jsou uvedeny čáry překročení M-denních průtoků v období 1981–2010 a v období 1991–2020 pro vybrané závěrové vodoměrné stanice. V grafu na obr. 5, který zobrazuje čáry překročení M-denních průtoků pro profil Děčín na Labi, je patrné, že v celém průběhu čáry překročení došlo k poklesu vodnosti. Čára překročení za období 1991–2020 kopíruje čáru za období 1981–2010.
Tvar čáry překročení v profilu Děčín je ovlivněn manipulacemi na vodních dílech, největší vliv na tvar čáry překročení mají vodní nádrže Vltavské kaskády.

Obr. 5. Čáry překročení M-denních průtoků v období 1981–2010 a v období 1991–2020 v profilu vodoměrné stanice Děčín na Labi

Fig. 5. Flow duration curves at the Děčín gauging station on the Labe River for the periods 1981–2010 and 1991–2020

V grafu na obr. 6 jsou zobrazeny čáry překročení M-denních průtoků pro profil vodoměrné stanice Bohumín na Odře. Z obrázku je patrné, že čára překročení za období 1991–2020 má téměř shodný tvar s čárou překročení 1981–2010. Důvodem je skutečnost, že povodí Odry bylo během suchého období 2014–2020 nejméně zasaženo suchem a zároveň na přítocích Odry jsou velké vodní nádrže, které mohou manipulacemi nadlepšovat průtoky v tocích pod vodními díly.

Obr. 6. Čáry překročení M-denních průtoků v období 1981–2010 a v období 1991–2020 v profilu vodoměrné stanice Bohumín na Odře

Fig. 6. Flow duration curves at the Bohumín gauging station on the Odra River for the periods 1981–2010 and 1991–2020

Graf na obr. 7 zobrazuje čáry překročení M-denních průtoků pro profil vodoměrné stanice Strážnice na Moravě. Povodí Moravy a jejích přítoků bylo výrazně zasaženo suchem. Hodnota 30denního průtoku Q_30d poklesla ve Strážnici v období 1991–2020 o 8,1 % a 355denní průtok se zmenšil o 12,1 %.

Obr. 7. Čáry překročení M-denních průtoků v období 1981–2010 a v období 1991–2020 v profilu vodoměrné stanice Strážnice na Moravě

Fig. 7. Flow duration curves at the Strážnice gauging station on the Morava River for the periods 1981–2010 and 1991–2020

ZÁVĚR

Z výsledků porovnání M-denních průtoků referenčního období 1981–2010 a uvažovaného referenčního období 1991–2020 vyplývá, že u většiny vodoměrných stanic došlo ke zmenšení kvantilů M-denních průtoků. V souboru 304 vodoměrných stanic dosahuje průměrná změna dlouhodobého průměrného průtoku Q_a hodnoty −7,3 % a průměrná změna 355denního průtoku Q_355d činí −13,4 %. Změna referenčního období hydrologických charakteristik se provádí z toho důvodu, aby hydrologické údaje odvozené za referenční období co nejlépe vystihovaly aktuální hydrologický režim.