Prostorově-časová rekonstrukce aktivity hydrogeomorfologických procesů v pramenných oblastech povodí Hrubého Jeseníku

Mgr. Radek TICHAVSKÝ

Doctoral thesis

Spatio-temporal reconstruction of hydrogeomorphic processes activity in headwater catchments of the Hrubý Jeseník Mts.

Abstract:

Hydrogeomorfologické procesy (např. blokovobahenní proudy, hyperkoncentrované proudy a povodně) postihují horská povodí po celém světě a zapříčiňují škody na lidských obydlích a infrastruktuře. Extrémní události s vysokým magnitudem si často vyžádají i lidské oběti. Pro odhad rizika vyplývajícího z výskytu hydrogeomorfologických procesů v budoucnu je potřeba znát jejich frekvenci, prostorový dosah a magnitudo v minulosti. Dendrogeomorfologické metody jsou v současnosti nejspolehlivějším způsobem datování tohoto fenoménu v zalesněných povodích, kde nejsou prováděna měření průtoků a neexistuje zde monitoring. Jedním z takových míst je i pohoří Hrubého Jeseníku (východní Sudety, střední Evropa), kde výskyt extrémních událostí je primárně vázán na kulminační partie Keprnické hornatiny (SV část Hrubého Jeseníku). Ačkoliv existují lokální historické záznamy o mnoha událostech, především z podhůří Hrubého Jeseníku, tyto informace jsou nekompletní. K časoprostorové variabilitě událostí přispívá rovněž i antropogenní ovlivnění vysokogradientových toků a přilehlých svahů ve vrcholových a podhorských partiích. Pro výzkum hydrogeomorfologických procesů bylo vybráno celkem osm povodí v masivu Keprnické hornatiny, přičemž čtyři povodí byly podrobeny dendrogeomorfologické rekonstrukci. V každém povodí bylo provedeno detailní geomorfologické mapování s důrazem na erozní a akumulační formy vyskytující se v údolních dnech nebo na přilehlých svazích. Výsledky dendrogeomorfologického výzkumu byly vytvořeny na základě analýzy vzorků z celkem 908 disturbovaných stromů (převážně smrku ztepilého - Picea abies (L.) Karst.) a jsou prezentovány formou publikovaných článků. V prvním článku je prezentována prostorově-časová rekonstrukce hydrogeomorfologických procesů z povodí na západních svazích. Události byly identifikovány na základě několika kvantitativních dendrogeomorfologických přístupů a součástí je i inovativní vizualizace prostorového dosahu událostí včetně odlišné distribuce disturbovaných stromů. Druhý článek se detailněji zabývá vlivem antropogenních zásahů a morfometrických parametrů na frekvenci a prostorový výskyt hydrogeomorfologických procesů na Klepáčském a Keprnickém potoce. Pomocí inovativní prostorové vizualizace je např. vysvětlován vliv přehrážek na prostorovém rozložení disturbovaných stromů. Třetí článek představuje komplexní prostorově-časovou rekonstrukci ve všech povodích. Podstatnou část tvoří analýza hydro-meteorologických charakteristik vysvětlující spouštěcí faktory hydrogeomorfologických procesů včetně interpretace synoptických situací zodpovědných za extrémní srážky ve studované oblasti. V posledním článku je řešena problematika odlišné citlivosti stromů vůči impaktu hydrogeomorfologických procesů v průběhu jejich života. Archivně doložené události vzniku blokovobahenních a hyperkoncentrovaných proudů (např. z let 1921, 1951, 1965, 1991, 1997 nebo 2010) byly doplněny o neznámé události např. z let 1953, 1959, 1968, 1975,1992, 1994 nebo 2006 na základě dendrogeomorfologické rekonstrukce. Větší frekvence událostí byla zjištěna v povodích s výskytem hluboce založených svahových deformací. Vznik blokovobahenních a koncentrovaných proudů je spojen s cyklonálními synoptickými situacemi meridionálního charakteru, které jsou zodpovědně za výskyt extrémních srážkových úhrnů v hřebenových oblastech. Výsledky inovativní prostorové vizualizace vykreslující oblasti klastrování disturbovaných stromů byly interpretovány s ohledem na antropogenní ovlivnění vodních toků a přilehlých svahů, cyklické opakování událostí s vysokým a nízkým magnitudem a potenciální dotaci sedimen

Abstract:

Hydrogeomorphic processes (such as debris flows, debris floods and floods) affect the mountainous headwater catchments all over the world and cause considerable damage to manmade infrastructure. High-magnitude events may even lead to loss of life. Therefore, there is an enhanced interest in the frequency, spatial reach and magnitude of hydrogeomorphic processes in the past to better predict their future occurrence and assess the natural risk. Dendrogeomorphic methods are currently the most reliable approach how to obtain accurate data about the spatio-temporal variability of such phenomena in forested headwater catchments without any field measurement and monitoring. This is also the case of the Hrubý Jeseník Mts (the Eastern Sudetes, Central Europe) where both past and recent occurrence of debris flows and debris floods is primarily related to the slopes and high-gradient streams of the Keprnická hornatina highland (NW of the Hrubý Jeseník Mts). However, incompleteness of archival records doesn't allow identifying the activity of headwaters properly over time. Moreover, strong anthropogenic interventions contributed to different development of high-gradient streams and adjacent slopes in the study site. Eight headwater catchments were selected for the spatio-temporal reconstruction of hydrogeomorphic processes with emphasis on four headwaters, where dendrogeomorphic research was done. Each locality was subjected to detailed geomorphic mapping focusing on erosional and depositional forms occurring in the valley floors. A total of 908 disturbed trees (predominantly Picea abies (L.) Karst.) was sampled along the streams. Results of dendrogeomorphic analyses are presented via published papers. Firstly, dendrogeomorphic analysis was applied to the western catchments of the Keprnická hornatina highland to create the spatio-temporal reconstruction of hydrogeomorphic processes based on quantitative approaches and innovative spatial visualisation of disturbed trees. Secondly, the comparison of reconstructed debris flow/flood chronologies in the Klepáčský and the Keprnický potok stream sub-catchment was made with respect to different morphometric characteristics and anthropogenic interventions. Thirdly, regional debris flow/flood reconstruction from four headwaters was supplemented by detailed analysis of hydro-meteorological triggers. Lastly, the changing sensitivity of P. abies to record the debris flow/flood event across the tree lifespan was investigated. Historically known debris flow/flood events (such as in 1921, 1951, 1965, 1991, 1997, and 2010) were supplemented by unknown events (e.g. in 1953, 1959, 1968, 1975, 1992, 1994, and 2006) by means of dendrogeomorphic methods. Greater frequencies were observed in the catchments affected by deep-seated gravitational slope deformations. Hydrogeomorphic processes at the study site are triggered mostly during cyclonic synoptic situations of meridional character, which are favourable for creating of extraordinary rainstorms at the mountain summits. Innovative spatial visualisation allow analysing of the disturbed tree clustering with respect to the frequency of high- and low-magnitude events, anthropogenic activities (such as damming the streams and slope stabilizations), and sedimentary supply. It was also shown, that P. abies decrease the ability to record debris flow/flood event in treering series with increasing age and diameter.

Abstract:

tů v daném povodí. Rovněž bylo prokázáno, že smrk ztepilý snižuje svou schopnost zaznamenat impakt hydrogeomorfologických procesů s rostoucím stářím stromu a průměrem kmene.

Keywords

hydrogeomorfologické procesy, dendrogeomorfologie, růstová disturbance, frekvence, prostorový vzorec, hydro-meteorologický spouštěč, citlivost stromu, Hrubý Jeseník

Jazyk práce: English

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 21. 3. 2017

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 25. 5. 2017
• Vedúci: doc. RNDr. Karel Šilhán, Ph.D.

University of Ostrava

Faculty of Science

Doctoral programme / odbor:
Geography / Environmentální geografie