Modelování hydrologických dopadů způsobů hospodaření ve venkovských povodích pomocí SWATu

Abstract

V průběhu let došlo v České republice vlivem nevhodného hospodaření s vodou a půdou ke snížení retenční kapacity krajiny. Mnoho nevhodných dopadů lze připsat intenzifikaci zemědělství, které nastalo po transformaci tohoto sektoru po roce 1953. V období kolektivizace došlo ke scelování pozemků a vzniku velkých homogenních polí, byla instalována odvodnění a napřimovány drobné vodní toky. V důsledku tyto zásahy vedly k rychlejšímu odtoku vody po intenzivních srážkách nebo tání sněhu. V současnosti je podstatná část zemědělských ploch obhospodařována velkými akciovými společnostmi nebo korporacemi, které upřednostňují ekonomický faktor nad environmentálním. Jedním z holistických přístupů pro udržitelné hospodaření s vodou v krajině je podpora malého vodního koloběhu. Změny fungování krajinné matrice mohou mít významný vliv na bilanci vody na měřítku jednotlivých povodí. Cílem této práce je kalibrace a validace numerického modelu SWAT na dvou měřítkách (jednotlivý statek a část krajiny na úrovní okresu) a simulace vybraných scénářů hospodaření (např. změny plodin a osevních postupů, využití pozemků, zavedení půdoochranných opatření) pro posouzení efektivity opatření směrem k posílení malého vodního cyklu v krajině. Výsledky naznačují, že velkoplošné vysévání řepky nepřispívá k udržitelnému způsobu hospodaření s vodou, konkrétní dopad řepky závisí i na místu vysetí v povodí. Změny využití území výrazně ovlivňují malý vodní cyklus. Na základě simulací provedených pro situace z let 1852, 1954, 1983 a 2019 je ukázáno, že hydrologickou odezvou si jsou nejpodobnější stavy z let 1852 a 1954. Důvodem je, že během těchto období nedošlo k výrazným změnám v landuse ani k plošnému odvodnění pozemků. Dále je ukázáno, že s ohledem na posílení malého vodního cyklu bylo nejpřívětivější střídání osevních postupů v letech 1920 – 1938, zatímco osevní postupy v letech 1950 – 1989 byly nejméně příznivé. Vrstevnicové obdělávání, následováno zachováním posklizňových zbytků na půdním povrchu, byly vyhodnoceny jako nejúčinnější technická opatření pro zadržení vody a posílení vodního cyklu. Na velkém měřítku je, dle výsledků SWAT modelu, zavedení půdoochranných opatření velmi efektivní a významně podporuje malý vodní cyklus. Nicméně, prostorové rozmístění jednotlivých opatření v krajině, ani jejich relativní zastoupení nemají dle modelu významný vliv.

Inappropriate soil, water, and landscape management has decreased the water retention capacity of the landscape in the Czech Republic over time. Many sources of such mismanagement can be traced to an agricultural intensification across the Czech landscape that began after the 1953 collectivization process due to Communist Era policies. During this time large monotonous fields, subsurface tile drainage systems, and artificially straightened streams were incorporated across the landscape. Currently, much of the Czech agricultural landscape is managed by large conglomerates who prioritize profit over all else. Reinforcing the small water cycle is considered to be a holistic approach to water resource management within a landscape. Changes in land use and land management can greatly affect the water balance at a basin-scale. The objectives of this research are to calibrate and validate the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) in the Czech landscape at two scales (the farm-scale and the management-scale) and to model various scenarios (e.g., crop changes, land use/management changes, and the incorporation of agricultural conservation practices) to determine management regimes that would reinforce the small water cycle. This research found that rapeseed adoption does not support the goal of developing a sustainable agricultural landscape in the Czech Republic. The adoption of rapeseed had disproportionate effects on a basin’s water balance depending on its location in the basin. In addition to crop changes, it was found that land use changes significantly affected the small water cycle at the basin-scale. Of the four land use change scenarios conducted (1852, 1954, 1983, and 2019), the 1852 and 1954 scenarios behaved the most similarly hydrologically, likely due to minimal landscape transformation and the fact that these two scenarios occur prior to the widespread incorporation of subsurface tile drainages across the landscape. Additionally, the crop rotation of 1920–1938 (Pre-Communist Era) reinforced the small water cycle the most, while that of 1950–1989 (Communist Era) reinforced the small water cycle the least. Regarding the incorporation of agricultural conservation practices at the farm-scale, SWAT modeled contour farming as the most effective practice that reinforced the small water cycle followed by residue incorporation. At the management-scale, the widespread incorporation of agricultural conservation practices significantly reinforced the small water cycle, but the relative scale and spatial distribution of their incorporation were not reflected in the SWAT scenario analysis.