Izotopová separace odtoku podzemní a půdní vody na povodí Uhlířská

Abstract

V této bakalářské práci jsou zpracovány srážko-odtokové epizody naměřené v Jizerských horách v letech 2007-2017 na experimentálním povodí Uhlířská, které se nachází na horním toku Černé Nisy. Analýza je provedena pomocí dvousložkové a trojsložkové separace. Vstupními daty jsou hodnoty průtoků na měrném přelivu Porsche a srážek na stejnojmenném subpovodí. Dalším podkladem jsou izotopové koncentrace půdní, podzemní, srážkové vody a povrchového odtoku. Dvousložková separace byla provedena pomocí koncentrací stabilních izotopů 2H a 18O v podzemní a srážkové vodě. Výsledkem je separace odtoku na tzv. starou vodu a novou vodu. Podzemní a srážková voda byla při trojsložkové separaci doplněna vodou půdní. Výpočet byl proveden pomocí stabilních izotopů 2H a 18O a koncentrací SiO2. Kvůli absenci naměřených dat v dalších letech, byly zpracovány pouze epizody v období 2008-2011. Většina dat nejsou měřena ve stejný čas, bylo nutné velkou část dopočítat pomocí interpolací a proložení trendem. Tento problém je nejvíce patrný u koncentrací SiO2, které byly měřeny nepravidelně a s nízkou četností. Všechny členy jsou tak zatěžkány chybou různých velikostí, které ale nejsou vždy známé. V rámci rozšíření výpočtu na roky 2007-2017 byl využit místo SiO2 „deuterium excess“. Ukázalo se ale, že jeho využití celý výpočet značně destabilizuje a epizod s využitelnými výsledky je velmi málo. Výběr koncových prvků velmi ovlivňuje zastoupení jednotlivých složek v odtoku. Výsledky obou separací byly porovnány mezi sebou. Chybějící půdní voda se rozdělí při dvousložkové separaci mezi starou a novou vodu, výsledky se tak výrazně liší od metody trojsložkové separace, která je přesnější a blíží se více reálnému zastoupení půdní, srážkové a podzemní vody v odtoku. Následně byl prozkoumán vliv charakteristik srážkových epizod a stavu povodí na výsledky separací.

In this bachelor thesis, the rainfall-runoff episodes measured in the Jizera Mountains in the years 2007-2017 in the experimental catchment area Uhlířská, located on the upper part of the Černá Nisa River, are processed. The analysis is performed using two-component and three-component separation. The input data are the values of discharge at the Porsche measuring weir and precipitation in the same sub-basin. Further inputs are isotope concentrations of soil, groundwater, precipitation and surface runoff. Two-component separation was performed using the stable isotope concentrations of 2H and 18O in groundwater and precipitation. This resulted in the separation of runoff into so-called old water and new water. Groundwater and rainwater were supplemented with soil water in the threecomponent separation. The calculation was performed using 2H and 18O stable isotopes and SiO2 concentrations. Due to the absence of measured data in other years, only episodes in the period 2008-2011 were processed. Most of the data are not measured at the same time, it was necessary to calculate a large part of them by interpolation and interleaving with a trend. This problem is most evident for SiO2 concentrations, which were measured irregularly and with low frequency. Thus, all terms are burdened with errors of various magnitudes that are not always known. To extend the calculation to 2007-2017, "deuterium excess" was used instead of SiO2. However, it turned out that its use destabilizes the whole calculation considerably and there are very few episodes with usable results. The choice of end-member strongly influences the representation of each component in the runoff. The results of the two separations were compared with each other. The missing soil water is split between old and new water in the two-component separation, so the results differ significantly from the three-component separation method, which is more accurate and more closely approximates the real representation of soil, precipitation and groundwater in runoff. Subsequently, the influence of rainfall episode characteristics and catchment condition on the separation results was investigated.