Student World

Odborníci z katedry hydromeliorací a krajinného inženýrství Fakulty stavební ČVUT se zabývají řešením problematiky mechanismu odtoku srážkových vod a podílejí se na řadě dalších projektů. Jsou také spoluautory první souhrnné zprávy o použití izotopových metod při měření v povodích ČR a SR.

Otázka skutečně připomínající kóan, „Kam teče voda, když prší?“, vyjadřuje však jeden z důležitých úkolů experimentální hydrologie – vysvětlení základních příčinných souvislostí mechanismu odtoku srážkové vody a to včetně procesů, které se odehrávají pod povrchem, a odhad toho, jak dlouho se voda v povodí zdrží. Dopadající srážková voda se jednoduše nemění okamžitě na vodu odtokovou, dochází k zasakování srážek do různě porézního podloží, vytlačování přítomné půdní a podzemní vody, která odtéká, a k dalším procesům, které je velmi obtížné sledovat. Existuje sice řada velmi dobrých modelových řešení na základě kvantitativních proměnných (intenzita srážky nebo odtoku) nebo stavových proměnných (půdní sací tlak, objemová vlhkost, hladina podzemní vody, teplota), ale ani ty často neodhalují příčinné vztahy tvorby odtoku. Proto začali hydrologové sledovat vnitřní složení vody a hledali spolehlivě stopovatelné látky. Ukázalo se, že jedinou přirozenou a dobře fyzikálně definovatelnou stopující látkou přítomnou uvnitř molekul vody v celé hydrosféře v proměnlivých koncentracích jsou stabilní izotopy kyslíku a vodíku. Typicky jsou sledované izotopy kyslíku ¹⁸O a vodíku ²H (D, deuterium). V kombinaci s geochemickými parametry pak sledování výskytu těchto izotopů může poskytnout hydrologům dostatečně spolehlivé informace.

Na katedře hydromeliorací a krajinného inženýrství Fakulty stavební je využívána pro detekci těchto izotopů metoda laserové spektroskopie (ICOS/CRDS), která je dostatečně přesná a umožňuje měřit současně izotopy kyslíku a vodíku. Umožňuje tedy popsat mísení infiltrující srážkové a půdní vody. Detekovat preferenční proudění v půdním profilu. Stanovit průměrné doby zdržení vody v povodí nebo v povodňovém odtoku. Separovat vodu z tání, či z letních bouřek od vody přítomné v povodí před odtokovou událostí. Je možné také kvantifikovat výpar, odlišovat jednotlivé vodní masy v podzemních zvodněných strukturách, stanovovat průsaky hrázemi nebo také sledovat koloběh vody v rostlinách. Měření je také rychlejší a asi desetkrát levnější než dříve využívaná metoda hmotnostní spektroskopie a umožňuje vznik časoprostorově obsáhlých souborů dat dostupnou inženýrskou metodou.
V současnosti bylo publikováno první souhrnné pojednání o uplatnění izotopových metod v povodích ČR a SR, na kterém se podíleli kromě expertů z ČVUT odborníci z dalších devíti institucí. Hlavní nové informace pocházejí z horských povodí Uhlířské a Jaloveckého potoka a jsou doplněné příklady z ostatních sledovaných povodí. Ukazují, že stabilní izotopy kyslíku a vodíku nabízejí v podmínkách ČR a SR rozsáhlé možnosti využití, neboť klimatické a geografické podmínky v povodích obou zemí způsobují, že tyto izotopy jsou rozmístěny ve srážkách a tím i v celém hydrologickém cyklu v dostatečné variabilitě.
Výstupy také nabízejí několik konkrétních konceptů, rozšiřujících možnosti při řešení typických vodohospodářských úkolů v našich podmínkách, tj. např. funkce a ochrana rašelinišť, hydrologické projevy a důsledky tání sněhu v horských oblastech nebo funkce drenáží v zemědělských povodích. V obou zemích tedy prokazatelně existuje velmi kvalitní datová, přístrojová i expertní základna pro širší zapojení stabilních izotopových stopovačů do monitorovacího programu experimentálních povodí, včetně rozšíření o sledování některých dalších izotopů, konkrétně  ³H ve vybraných povodích.

Lze jen doporučit podstatné rozšíření výuky v této oblasti a navázání těsnější spolupráce mezi zainteresovanými pracovišti, zejména v oblasti analýzy a terénního a monitorovacího vybavení. Všestranně prospěšná je také kontinuita zahraniční spolupráce, propojení s mezinárodními monitorovacími sítěmi, která umožňuje uplatnit dosavadní výsledky výzkumu v nejširším měřítku a poskytuje nezbytnou zpětnou vazbu pro udržení vysoké úrovně české a slovenské izotopové hydrologie.

doc. Ing. MARTIN ŠANDA, Ph.D.
martin.sanda at fsv.cvut.cz

Fakulta stavební ČVUT v Praze je žádaným partnerem v řadě oblastí aplikace stabilních izotopů v hydrologii. Úspěšně spolupracuje např. s Mezinárodní agenturou pro atomovou energii, AV ČR, Univerzitou Karlovou, univerzitami v Zittau, Padově, Terstu, Delftu nebo Výzkumným ústavem vodohospodářským T. G. M., SAV, SCHKO Jiz.hory; TU Liberec, Českou geologickou službou, U.S. Geological Survey nebo Bureau de Recherches Géologiques et Minières a samozřejmě s dalšími pracovišti v rámci ČVUT.

Publikováno v časopisu Tecnicall – čtvrtletník ČVUT v Praze – 3/2013
http://www.tecnicall.cz/

autor Martin Šanda