This paper presents the results of testing the applicability of the MIKE Basin model for simulating the efficiency of scenarios for reducing water pollution. The model has been tested on the Olšava River Basin (520 km2 ) which is a typical rural region with a heterogeneous mix of pollution sources with variable topography and land use. The study proved that the model can be calibrated successfully using even the limited amount of data typically available in rural basins. The scenarios of pollution reduction were based on implementation and intensification of municipal wastewater treatment and conversion of arable land on fields under the risk of soil erosion to permanent grassland. The application of simulation results of these scenarios with proposed measures proved decreasing concentrations in downstream monitoring stations. Due to the practical applicability of proposed measures, these could lead to fulfilment of the water pollution limits required by the Czech and EU legislation. However, there are factors of uncertainty that are discussed that may delay or limit the effect of adopted measures in small rural basins.
There is public concern that large-scale disturbances to forest cover caused by insects and storm winds in the Bohemian Forest could intensify high water flows and enhance the expected flooding risks predicted in current regional climate change scenarios. We analysed stream discharge in Upper Vydra and Große Ohe, neighbouring catchments in the Bohemian Forest, the largest contiguous forested area in Central Europe. Upper Vydra, in the Šumava National Park, and Große Ohe (including the Upper Große Ohe headwater catchment in the Bavarian Forest National Park) are similar in size, but differ in land use cover and the extent of disturbed Norway spruce stands. Publicly available runoff and meteorological data (1978-2011) were examined using non-parametric trend and breakpoint analysis. Together with mapped vegetation cover changes, the results were used to address the following questions: 1) are there significant changes in the hydrological cycle and, if so, do these changes relate to 2) the extent and expansion of disturbance in forests stands and/or 3) altered precipitation dynamics and thermal conditions? We found no marked overall change in annual runoff or in annual or seasonal precipitation, but a significant increase in high flows in March. This overall trend related to the marked warming in late winter and early spring (+~4 K in April, p < 0.01), irrespective of altitude and slope position. It significantly shifted the end of the snow cover period by more than three weeks to the beginning/middle of April depending on altitude, and intensified snow melt. In the Upper Große Ohe catchment, a significant decrease in catchment balance, the difference between the long term precipitation and runoff (-72 mm, 11%) was found when the loss of tree cover reached 30% of catchment area. Diminished evapotranspiration losses from severely disturbed stands increased groundwater recharge during summer and caused a significant rise in low flows in autumn. However, observed increases in late winter high flows were due to warming only. They could be further intensified by the increasing winter precipitation predicted under present climate change scenarios, and would therefore increase the risk of flooding at lower elevations.
With regard to the water quality changes, the area of the Czech part of the Elbe River basin is extraordinarily dynamic. In the 20th century it experienced an enormous increase of load of pollution. Since the beginning of the 1990´s due to the political and economical changes we have witnessed a particularly intensive decrease in the emission volume and a related increase in water quality of watercourses. However, positive changes in the pollution load balance have occurred mainly in the biggest watercourses and these changes have not been accompanied by similar development in the whole river system. Using a newly created classification methodology the basic models of dynamics of water quality changes in the Elbe River basin have been derived. Based on GIS geostatistical analysis, regions with analogous water quality development trends have been defined for selected parameters and critical areas have been identified. It has become apparent that the prevailing part of the Elbe River basin has been experiencing a gradual increase in pollution. In addition, after a previous decrease, a number of watercourses experienced a recurrence of the increase in load. These areas are priorities for further development and the control of surface water protection against pollution. and Oblast české části povodí Labe je z hlediska změn kvality vody mimořádně dynamická. Díky intenzivnímu vývoji antropogenních aktivit a společenským změnám zaznamenala v průběhu 20. století nejprve enormní nárůst zátěže znečištěním, od počátku 90. let jsme naopak svědky mimořádně intenzivního snížení objemu emisí a souvisejícího zvyšování jakosti vody v tocích. Pozitivní změny v látkové bilanci jsou však soustředěny především na největší toky – Labe a Vltavu a nejsou doprovázeny obdobným vývojem v celém povodí. Pomocí nově vytvořené metodiky klasifikace vývoje kvality vody prezentované v článku byly na základě geostatistické analýzy sestaveny základní modely časové dynamiky změn kvality vody v povodí Labe. Pro jednotlivé ukazatele byly na základě analýzy v prostředí GIS vymezeny regiony s analogickými trendy vývoje kvality povrchových vod a identifikovány kritické oblasti. Ukazuje se, že přes pozitivní vývoj jakosti vody v hlavních sídelních a průmyslových regionech v 90. letech převažující část povodí Labe stále zaznamenává v jednotlivých ukazatelích postupný nárůst znečištění, na řadě toků navíc po předchozím poklesu dochází k opětovnému nárůstu zátěže. Tyto oblasti představují prioritu pro další rozvoj a řízení ochrany povrchových vod před znečištěním.
The study presented herein investigates the impact of simulated changes in land cover on rainfall-runoff conditions for the transboundary basin of the upper Lužnice. The HEC-HMS hydrological model was chosen for these simulations. Scenario models were used to simulate the impact of modifications in basin land cover with individual scenarios reflecting ground cover changes. The years 1990 and 2000, which are available in the CORINE Landcover database, were chosen as variants of river basin land cover. In addition, two theoretical versions of possible extreme variants in fundamental land cover changes - the conversion from agricultural land to grassland and the forestation of the river basin, with the exception of roads and bodies of water - were also included. Single day rainfall totals with a recurrence period of 10, 20, 50 and 100 years were selected to calculate the volume of runoff and culmination discharge. These results demonstrate a clear decrease in the degree of impact of land cover structure on runoff conditions, increasing with the magnitude of precipitation. and Článek představuje výsledky simulace vlivu změn krajinného krytu na srážko-odtokové poměry v přeshraničním povodí horní Lužnice. Pro modelování byl vybrán hydrologický model HEC-HMS. K modelování vlivu změn krajinného pokryvu povodí byla použita metoda scénářového modelování, kde se v jednotlivých scénářích mění krajinný pokryv. Jako varianty krajinného pokryvu povodí byly zvoleny roky 1990 a 2000, pro které je k dispozici databáze CORINE Landcover, a dále dvě teoretické krajní varianty možných variant změn struktury krajinného krytu - zatravnění zemědělské půdy a zalesnění povodí kromě intravilánů, komunikací a vodních ploch. Pro výpočet objemů odtoků a kulminačních průtoků byly vybrány jednodenní návrhové srážkové úhrny s pravděpodobností opakování 10, 20, 50 a 100 let. Z výsledků simulace je zřejmý pokles vlivu struktury krajinného pokryvu na odtokové poměry se vzrůstající extremitou srážky.
This study focuses on the quantification of non-isothermal soil moisture transport and evaporation fluxes in vegetated area. A one-dimensional numerical model is developed by integrating a multi-phase flow model with a twolayer energy-balance model. The non-isothermal multi-phase flow model solves four governing equations for coupled air, vapour, moisture, and heat transport in soil porous medium. The two-layer energy balance model estimates evaporation fluxes from transpiration, interception, and soil surface. The model was implemented to an oak forest area in Missouri, USA. For model calibration and validation, measurements of energy fluxes, soil moisture, and soil temperature were used. The proposed model is compared with a simple model that couples the Penman-Monteith equation with the Richards’ equation. The results indicate that the simple model underestimate the total evaporation rate. On the contrary, the proposed model includes a more detailed description of energy transfer, which could improve the accuracy in estimating evaporation rates. The proposed model could be a promising tool to quantify the energy and moisture fluxes in a soil-vegetation-atmosphere continuum in vegetated area.
The paper presents the results of research of surface water and sediment contamination by the specific pollutants in the Klabava River Basin, subcatchment of Vltava River in Central Bohemia, Czech Republic. The analysis of spatial and temporal dynamics of the contamination is based on the water and sediment chemistry data from the long-term monitoring maintained by the Vltava River Authority completed by the own monitoring established in the Klabava River basin. The research revealed that the most important water and sediment contamination loads are mainly concentrated in the industrial area between cities Hrádek and Rokycany situated on downstream of the river basin. The performed analysis identified the cadmium as the most critical parameter as its concentrations in surface water exceeded the references limits up to several hundred times. However, pollution with the specific organic substances was still below the critical limit, except for the AOX indicator. The results of sample-taking in the river basin allowed analyzing the effect of extreme flood in August 2002 on the changes in the sediment load by heavy metals. Contaminated sediments were mostly washed out by the inundation and this resulted in significantly lower values than were observed in the previous seasons. Repeated observations however indicate that the pollution concentrations are gradually reaching their original values. and Článek představuje výsledky výzkumu znečištění povrchových vod a sedimentů specifickým znečištěním v povodí Klabavy. Analýza vychází z dostupných dat o chemismu vody a plavenin ze sledování podniku Povodí Vltavy a z vlastních dat získaných rozbory vzorků odebraných na síti účelově zřízených profilů. Pro hodnocení chemismu sedimentů byly použity standardní metody - porovnání s pozaďovými hodnotami geogenního prostředí podle Turekiana a Wedepohla a zatřídění do tříd jakosti podle Igeo. Z výsledků vyplývá, že zatížení vody i sedimentů je soustředěno zejména do oblasti průmyslového a sídelního uskupení mezi Hrádkem a Rokycany. Varovné jsou zde především koncentrace kadmia ve vodě, které v této oblasti překračují referenční hodnoty i několiksetkrát, silnou zátěž potvrzují i analýzy sedimentu. Znečištění specifickými organickými látkami s výjimkou ukazatele AOX nedosahuje kritických hodnot. Výsledky vlastních odběrů umožnily rovněž zhodnotit vliv povodně v srpnu 2002 na změnu zátěže sedimentů. Kontaminované sedimenty byly povodní vyplaveny a hodnoty, naměřené bezprostředně po povodni, jsou výrazně nižší než v předchozím období. Díky pokračující zátěži se však postupně vrací k původním hodnotám.