V dnešní době je možné povrchový odtok po srážkové události předpovídat na základě řady modelů. Jednou z nejpoužívanějších je metoda CN, která je vhodná pro předpověď odtoku v zemědělsky využívaných povodích či jejich částech do velikosti 10 km². Metoda CN byla původně vytvořena v USA na základě analýzy rozsáhlých dat z terénních měření a laboratorních experimentů. Poprvé byla představena již v roce 1954 v příručce Soil Conservation Service. Naměřená data obsahovala údaje o sledování odtoku v různých klimatických a půdních podmínkách, což umožnilo formulovat vztahy mezi srážkami, půdním pokryvem a povrchovým odtokem. Klíčovým parametrem metody je hodnota CN, která reprezentuje schopnost půdního povrchu zachytit a absorbovat vodu. Potencionální hodnota se pohybuje mezi 0 a 100, kde nižší hodnoty odpovídají vysoké infiltrační kapacitě a menšímu odtoku, zatímco vyšší hodnoty znamenají nižší schopnost infiltrace a větší povrchový odtok. Metoda se využívá po celém světě včetně České republiky. Hodnoty CN vstupující do výpočtu odtoku vody jsou uvedeny např. v publikaci Ochrana zemědělské půdy před erozí (Janeček a kol., 2012; MŽP, 2024).

Uplatnění metoda nachází v mnoha oblastech, jako jsou například komplexní pozemkové úpravy, hodnocení rizika povodní, vodohospodářské plánování či urbanistické úpravy. V rámci těchto aktivit se metoda CN využívá zejména pro:

• Odhad objemu a kulminačního průtoku: lze modelovat množství odtoku po dešťových srážkách, což pomáhá určit kritická místa s vysokou mírou odtoku a následně navrhnout vhodná protipovodňová a protierozní opatření.
• Návrh vodohospodářských opatření: hodnoty CN používá Český hydrometeorologický ústav pro stanovení hydrologických podkladů, které jsou nezbytné pro správné dimenzování retenčních a suchých nádrží. Uplatňují se i při výběru dalších vhodných vodohospodářských opatření s cílem zvýšit infiltraci vody.
• Hodnocení změn využití území po provedení komplexních pozemkových úprav: porovnání odtoku vody z povodí přes metodu CN pomáhá vyhodnotit dopad pozemkových úprav na hydrologickou bilanci území. Modelově se takto dá hodnotit stav před a po realizaci pozemkových úprav.

Výše uvedené příklady použití metody CN pomáhají optimalizovat návrhy nového uspořádání krajiny. Přestože je metoda CN již řadu let využívána, díky své jednoduchosti má své limity. Proto i v dnešní době řada vědeckých institucí po celém světě provádí výzkum zaměřený na zlepšení či rozšíření této metody. Většinou se jedná o kalibraci a validaci hodnot CN pro specifické podmínky, analýzu vlivu změny klimatu a způsobu hospodaření na odtok nebo kombinaci metody s dalšími hydrologickými modely. Právě validace hodnot a jejich rozšíření je i základem projektu TAČR SS07020469. Mezi organizace podílející se na jeho řešení patří:

• Výzkumný ústav monitoringu a ochrany půdy, v. v .i.
• Česká zemědělská univerzita v Praze – Fakulta životního prostředí
• Agrio s.r.o.

Hlavní náplní výzkumných aktivit je rozšíření současné databáze čísel odtokových křivek CN pro jednotlivé plodiny a použitou agrotechniku. V rámci řešení dochází nově i ke kvantifikaci hypodermického (podpovrchového) odtoku jako samostatné složky přímého odtoku, která může mít vliv na výslednou hodnotu CN. Výsledky z dílčích částí řešení budou následně promítnuty do hydrologického modelu, čímž bude prověřena přesnost vypracovaných podkladů.

Hodnoty CN jsou postupně vyhodnocovány na podkladě naměřených dat z polního simulátoru deště. Měření probíhají na VÚMOPu od roku 2013 až do současnosti. Polní simulátor deště umožňuje získat všechny nezbytné údaje vstupující do výpočtu hodnot CN: začátek a konec povrchového odtoku, průběh a celkové množství odtoku a infiltrace. Pro přesnější stanovení je důležité mít k dispozici opakovaná měření, a proto je využívána dlouhodobá databáze obsahující řádově stovky simulací. Postupně je zpracováván poměrně velký datový soubor pro plodiny, které jsou z hlediska vzniku povrchového odtoku nejnáchylnější (kukuřice, brambory, čirok atd.), ale hodnoty budou určeny také pro vybrané úzkořádkové plodiny (pšenice, hrách, řepka ozimá, mák atd.). Kromě samotných plodin je dále hodnocen technologický postup se zvláštním zaměřením na konvenční (obr. 2) a půdoochranný způsob pěstování.

Půdoochranné technologie jsou dnes již běžně využívány a přispívají k zadržování vody v krajině. Mezi nejznámější technologie patří bezorebné zpracování půdy či pásové zpracování půdy. Jejich základem jsou rostlinné zbytky na povrchu půdy, které zpomalují případný povrchový odtok a podporují infiltraci vody do půdy. To dokládají výsledky uvedené na grafech 1 a 2, kde jsou uvedeny hodnoty povrchového odtoku a ztráty půdy získané simulátorem deště u různých technologických postupů při pěstování kukuřice. Z uvedených grafů je pozitivní efekt půdoochranných technologií z hlediska vodní eroze a povrchového odtoku dobře patrný. Tento pozitivní efekt se následně odráží ve stanovené hodnotě CN, kdy jsou u půdoochranných technologií dosahována zpravidla nižší čísla. Výsledky z projektu se mohou promítnout i do zemědělské praxe, neboť je lze využít jako podpůrný prostředek a zdroj informací při volbě technologického postupu.

Graf 1: Ztráta půdy u různých technologických postupů pěstování kukuřice seté (Kincl a kol. 2020).

Graf 2: Množství povrchového odtoku u různých technologických postupů pěstování kukuřice seté (Kincl a kol. 2020).

Je nesporné, že právě zemědělská činnost se zásadní měrou podílí na vzhledu krajiny (obr. 3). Způsobem hospodaření (osevní postupy, technologický postup pěstování dané plodiny apod.) je možné pozitivně ovlivňovat celou řadu parametrů, mezi které patří i množství povrchově odtékající vody. Tato záslužná činnost je bohužel ve veřejném mínění často opomíjena. V tomto článku jsme chtěli upozornit na problematiku zadržování vody v krajině a na aktuálně probíhající projekt (2024-2026) zabývající se metodou odtokových křivek. Hlavním výsledkem projektu bude rozšířená databáze současných hodnot CN, které bude možné využívat v oblastech zabývajícími se krajinným uspořádáním.

Literatura:

Kincl a kol. (2020): Půdoochranné technologie pro pěstování kukuřice - účinnost před ztrátou živin vlivem vodní eroze: ověřená technologie. Výzkumný ústav meliorací a ochrany půdy.

Janeček M. a kol. (2012): Ochrana zemědělské půdy před erozí. Česká zemědělská univerzita.

MŽP (2024): Ochrana zemědělské půdy před erozí. Ministerstvo životního prostředí.

Text a foto: David Kabelka a Jan Vopravil, Výzkumný ústav monitoringu a ochrany půdy, v. v. i. a David Kincl, Česká zemědělská univerzita v Praze, Fakulta životního prostředí

Tento výsledek byl pořízen v rámci projektu SS07020469 „Aktualizace čísel odtokových křivek jako prevence povodní a sucha v České republice“, který je financován se státní podporou Technologické agentury ČR a Ministerstva životního prostředí ČR v rámci Programu Prostředí pro život.

Tento projekt je spolufinancován prostřednictvím Technologické agentury ČR v rámci Národního plánu obnovy z evropského Nástroje pro oživení a odolnost.