Posted by & filed under Aplikovaná ekologie, Hydrochemie, radioekologie, mikrobiologie, hydrobiologie.

Souhrn

Míra eutrofizace vodní nádrže Jordán v Táboře dosáhla na přelomu milénia velmi vysoké úrovně. To významně omezilo její vodárenské i rekreační využití. V letech 2011–2014 proběhlo na nádrži poměrně rozsáhlé odbahnění, v jehož průběhu bylo odstraněno téměř 270 tis. m3 sedimentů. Od roku 2015 provádí státní podnik Povodí Vltavy komplexní monitoring kvality vody VN Jordán a blízkého povodí. V roce 2017 bylo součástí tohoto monitoringu také sledování 11 rybníků, které byly vyhodnoceny jako potenciálně rizikové z pohledu eutrofizace VN Jordán. Cílem tohoto monitoringu je zjistit, zdali se realizovaná a plánovaná opatření projeví ve zlepšení kvality vody v této vodní nádrži. Doposud pořízené výsledky potvrzují, že pro zachování dobré kvality vody v nádrži i v budoucích letech je nezbytné výrazně snížit vstup fosforu přítoky. Aktuálně by tento požadavek mělo vyřešit vybudování centrální srážecí stanice pro fosfor umístěné na hlavním přítoku VN Jordán. Získané výsledky dále potvrdily, že většina vzorkovaných rybníků je rizikových nejen jako potencionální zdroje fosforu, ale obsahují také významné inokulum fytoplanktonu. Rybníky jsou také zdrojem drobných planktonofágních druhů ryb, které zhoršují celkový efekt biomanipulačních opatření, která jsou realizována v nádrži Jordán.

Úvod

Postupná eutrofizace vodních ekosystémů, projevující se zejména od druhé poloviny dvacátého století, neušetřila ani vodní nádrž Jordán v Táboře [1]. Míra eutrofizace této nádrže dosáhla na přelomu milénia velmi vysoké úrovně, což významně omezilo její vodárenské využití [2]. Projevy eutrofizace, zejména pak výskyt hladinových vodních květů sinic, také negativně ovlivnily i vodní rekreaci. Příčinou těchto negativních změn byl nadměrný přísun živin, zejména pak fosforu, z povodí Košínského potoka [3]. Hlavní podíl na celkovém přísunu fosforu z tohoto povodí mají bodové zdroje komunálního znečištění. Rizikové jsou zejména proto, že hlavní část celkového fosforu přicházejícího těmito zdroji je ve formě fosforečnanového fosforu, který je přímo dostupný pro růst fytoplanktonu (řas a sinic). Nezanedbatelné množství fosforu se do Košínského potoka dostává také z četných hospodářsky využívaných rybníků [4]. Ty v průběhu vegetační sezony generují značnou biomasu fytoplanktonu, ve které je vázáno i významné množství fosforu. Tento fosfor je relativně dobře uvolnitelný (rozklad biomasy) a musíme ho tedy považovat za prakticky stejně rizikový jako fosfor pocházející z bodových zdrojů znečistění.

V letech 2011–2014 proběhlo na nádrži poměrně rozsáhlé odbahnění, v jehož průběhu bylo odstraněno téměř 270 tis. m3 sedimentů. Součástí odbahnění byla i výstavba nové spodní výpusti, která kromě regulace hladiny v průběhu povodní může sloužit i ke zlepšování kyslíkových poměrů v hypolimniu nádrže. Z publikovaných prací vyplývá, že před odbahněním se koncentrace celkového fosforu v horních vrstvách sedimentu (0–5 cm) pohybovala v rozpětí od 1,5 do 2,2 mg.g-1 sušiny [5, 6]. Současně bylo potvrzeno riziko uvolňování tohoto fosforu ze sedimentu [7]. Je tedy zřejmé, že odbahněním došlo i k odstranění nemalého množství rizikového fosforu.

Dalším plánovaným opatřením, které by v blízké budoucnosti mělo řešit otázku nadměrného přísunu fosforu z povodí, je vybudování srážecí stanice pro fosfor na hlavním přítoku VN Jordán [8].

Na otázku, zdali se realizovaná a plánovaná opatření projeví na zlepšování kvality vody, má odpovědět hydrochemický a hydrobiologický monitoring nádrže a jejího blízkého povodí, který provádí od roku 2015 státní podnik Povodí Vltavy. V roce 2017 bylo součástí tohoto monitoringu také sledování 11 rybníků, které byly vyhodnoceny jako potenciálně rizikové z pohledu eutrofizace VN Jordán. Hlavním cílem tohoto příspěvku je představit nejdůležitější výsledky získané v průběhu monitoringu těchto rybníků.

Materiál a metody

V uplynulých letech probíhaly odběry vzorků na VN Jordán vždy od dubna do listopadu pravidelně ve čtrnáctidenních intervalech. Odběr byl realizován na třech odběrových profilech, v dolní části nádrže v prostoru u hráze a dále pak ve středu nádrže a v přítokové části (obr. 1). V rámci vzorkování bylo na každém odběrovém profilu prováděno zonační měření hlavních fyzikálně-chemických parametrů vody (teplota vody, koncentrace a nasycení vody kyslíkem, konduktivita, pH a oxidoredukční potenciál). Odběr hydrochemických vzorků byl realizován tak, aby reprezentativně postihl vertikální gradient sledovaných parametrů ve výše uvedených odběrových profilech. V průběhu odběrů byla měřena průhlednost vody pomocí Secchiho desky. Hydrochemická analýza byla zaměřena zejména na sloučeniny fosforu, dusíku, železa, nerozpuštěných a organických látek. V rámci monitoringu byla sledována také sezonní dynamika fytoplanktonu a zooplanktonu v epilimnetické části vodního sloupce.

Obr. 1. Schéma znázorňující umístění odběrových profilů na VN Jordán a jeho povodí v roce 2017; 1. Košínský potok pod VN Malý Jordán, 2. Košínský potok nad VN Malý Jordán, 3. Radimovický potok, 4. Svrabovský potok, 5. bezejmenný přítok od Stoklasné Lhoty, 6. bezejmenný přítok od Chotovin, 7. Hejlov Dolní rybník, 8. Hejlov Prostřední rybník, 9. Hejlov Horní rybník, 10. Nasavrky rybník u zastávky, 11. Nasavrky Dolní rybník, 12. Nasavrky Velký rybník, 13. Košín, 14. Košín 2, 15. Liderovice Návesní rybník, 16. Dlážděný rybník, 17. rybník Homolka
Fig. 1. The scheme of water quality monitoring of reservoir Jordán and nearby catchment in 2017; 1. Košínský stream under VN Malý Jordán, 2. Košínský stream above VN Malý Jordán, 3. Radimovický stream, 4. Svrabovský stream, 5. nameless tributary from Stoklasné Lhoty, 6. nameless tributary from Chotovin, 7. Hejlov Dolní pond, 8. Hejlov Prostřední pond, 9. Hejlov Horní pond, 10. Nasavrky pond at the stop, 11. Nasavrky Dolní pond, 12. Nasavrky Velký pond, 13. Košín, 14. Košín 2, 15. Liderovice Návesní pond, 16. Dlážděný pond, 17. Homolka pond

Monitoring blízkého povodí VN Jordán byl zaměřen zejména na vzorkování hlavního přítoku (Košínský potok) nad a pod nádrží Malý Jordán a dále pak na vzorkování dalších významných přítoků (Radimovický, Svrabovský potok a několik drobných bezejmenných přítoků) v úseku mezi nádrží Malý Jordán a nádrží Košín. Od roku 2017 bylo do monitoringu zařazeno také sledování jedenácti rybníků v povodí Košínského potoka (obr. 1). Monitoring rybníků byl v roce 2017 realizován třikrát během vegetační sezony (odběr směsného vzorku v prostoru u hráze). Rozsah sledovaných parametrů byl zacílen zejména na měření základních fyzikálně-chemických parametrů vody a stanovení obsahu sloučenin fosforu, dusíku, železa, nerozpuštěných a organických látek, chlorofylu-a a průhlednosti vody. Doplňkově se odebíraly vzorky fytoplanktonu a zooplanktonu. Pro odhad látkových vstupů do VN Jordán byl odběr vzorků doplněn o měření aktuálního průtoku vody přístrojem FlowTracker (SonTek).

Obr. 2. Průměrné, minimální a maximální koncentrace celkového fosforu (Pc) za vegetační sezonu (duben–říjen) v Košínském potoce na přítoku do VN Jordán za období 2009–2017
Fig. 2. Average, minimal and maximal concentration of total phosphorus (Pc) during the vegetation season (April–October) 2009–2017; Košínský stream – inflow of reservoir Jordán

Výsledky a diskuse

Hlavní riziko pro eutrofizaci VN Jordán představuje přísun fosforu z povodí Košínského potoka. Z porovnání průměrných a maximálních koncentrací celkového fosforu v Košínském potoce na přítoku do VN Jordán za uplynulých devět let (2009–2017) je patrné, že koncentrace se drží na stále velmi vysoké úrovni. Průměrné koncentrace celkového fosforu (Pc) za vegetační sezonu jsou přinejmenším 5× až 10× vyšší, než je z pohledu dobré kvality vody ve VN Jordán přijatelné (cílová průměrná koncentrace Pc za vegetační sezonu < 0,020 mg.l-1) (obr. 2).

Hlavním zdrojem tohoto fosforu zůstávají komunální odpadní vody. Nemalé riziko však mohou představovat i v povodí hojné hospodářsky využívané rybníky.

V povodí první nádrží rybničního typu je nádrž Malý Jordán. Jedná se o mělkou, průtočnou nádrž (teoretická doba zdržení ~ 4–5 dní) ležící na hlavním přítoku VN Jordán (Košínský potok). Do konce roku 2014 sloužila tato nádrž k chovu ryb. Hospodařícím subjektem byla společnost ESOX, s. r. o. V roce 2015 bylo Radou města Tábor schváleno odkoupení této nádrže s cílem jejího využití pro zlepšování kvality přitékající vody do VN Jordán.

Od roku 2016 je na nádrži Malý Jordán realizován živinově bilanční monitoring s cílem zjistit potenciál této nádrže k zadržování fosforu. Doposud vyhodnocené výsledky ukázaly, že v hydrologických podmínkách roku 2016 (relativně suchý rok s podprůměrnými srážkami) byla tato nádrž schopná zadržet ~ 16 % celkového fosforu (za období duben–říjen). Ve vztahu k teoretické době zdržení se její potenciální retence však měla pohybovat na úrovni 27 %. Naopak v hydrologických podmínkách roku 2017 (relativně suchá první polovina léta, od srpna intenzivní srážková činnost) vykázala tato nádrž za vegetační sezonu prakticky nulovou retenci celkového fosforu. Z porovnání výsledků získaných v uplynulých dvou letech je tedy zřejmé, že význam této nádrže z pohledu retence P vzrůstá v hydrologicky podprůměrných letech. Nádrž Malý Jordán však i přes případné budoucí snahy o nastolení vhodného „protieutrofizačního“ managementu sama o sobě k výraznému snížení vstupu fosforu Košínským potokem do VN Jordán stačit nebude. Role nádrže Malý Jordán bude tedy zejména v tom, že by v budoucnu měla sloužit jako „záchytné místo“, umožňující sedimentaci částic vyflokulovaného materiálu pocházejícího z procesu srážení fosforu v Košínském potoce.

Obr. 3. Průměrné a maximální koncentrace celkového fosforu (Pc) a chlorofylu-a (Chl_a) v rybnících sledovaných v průběhu vegetační sezony 2017
Fig. 3. Average and maximal concentration of total phosphorus (Pc) and chlorophyll-a a (Chl_a) in investigated fishponds during the vegetation season 2017

Kromě Malého Jordánu jsme v roce 2017 v rámci průzkumného monitoringu odvzorkovali také 11 vybraných hospodářsky využívaných rybníků v povodí Košínského potoka, o kterých jsme se domnívali, že mohou představovat přímé eutrofizační riziko pro Košínský potok a následně pak pro vlastní VN Jordán. Získané výsledky potvrdily, že většina těchto rybníků se nachází v silně eutrofním až hypertrofním stavu, kdy průměrné koncentrace celkového fosforu výrazně přesahují 0,2 mg.l-1. Nadměrné množství živin se odráží v celkové biomase fytoplanktonu. Průměrné koncentrace chlorofylu-a u více než 72 % rybníků přesahovaly 100 µg.l-1 (obr. 3). Nejhorší situace panovala na rybnících u obce Hejlov a na rybníce Dlážděný u obce Vrážná. Rybníky u obce Hejlov jsou málo průtočné, organickými látkami a živinami přetížené rybníky, které v případě intenzivní srážkové činnosti (vypláchnutí velkého objemu vody z rybníka) představují nemalé eutrofizační riziko pro VN Jordán. Hlavní míra přetížení je dána zejména vstupem komunálních odpadních vod z obce Hejlov. Tyto rybníky nejsou přímo využívány k produkčnímu chovu ryb. Naopak v pozitivním světle se ukázal vlastní rybník Košín a nad ním ležící rybník Košín 2. Ten vykazoval ze všech sledovaných rybníků v průměru nejnižší koncentrace celkového fosforu i chlorofylu-a (obr. 3).

Kromě nezanedbatelného množství fosforu představují tyto rybníky také významné inokulum fytoplanktonu pro VN Jordán. Abychom získali alespoň orientační představu o druhovém složení fytoplanktonu ve sledovaných rybnících, bylo v letním a pozdně letním odběrovém termínu ve směsných vzorcích stanoveno procentuální zastoupení biomasy hlavních taxonomických skupin fytoplanktonu (fluorescenční sonda FluoroProbe (bbe-Moldaenke)). Nejhojnější skupinou fytoplanktonu se ukázaly být zelené řasy. Ty dominovaly na více než 60 % sledovaných rybníků. Sinice a rozsivky byly dominantou shodně na 20 % rybníků.

Získané výsledky potvrdily, že většina vzorkovaných rybníků je rizikových nejen jako potencionální zdroje fosforu, ale obsahují také významné inokulum fytoplanktonu pro níže ležící VN Jordán. Důkazem je situace, která nastala na Košínském rybníce v srpnu 2017. Dne 13. 8. 2017 došlo k poruše na výpustním objektu rybníka Košín a následkem toho k nekontrolovatelnému odtoku vody z této nádrže do VN Jordán. Odtok vody se podařilo zastavit až 15. 8. 2017. Během tří dnů však odteklo z Košína bezmála 400 tis. m3 vody. Na tento neočekávaný přísun vody reagoval provozovatel VN Jordán odpouštěním vody spodní výpustí (cca 1,5 m3.s-1). Tento manipulační zásah měl na jednu stranu pozitivní vliv na zlepšení oxidoredukčních podmínek u dna nádrže Jordán. Na druhou stranu však do nádrže přiteklo nemalé množství vody bohaté na fosfor (průměrná koncentrace Pcelk v epilimniu Košína se v průběhu srpna pohybovala kolem 0,2 mg.l-1) i na biomasu fytoplanktonu. Z průběhu sezonní dynamiky fytoplanktonu v roce 2017 je patrné, že tato jednorázová „živinová infuze“ výrazně podpořila rozvoj planktonních sinic, které na konci prázdnin tvořily dominantní složku fytoplanktonu v podélném profilu VN Jordán (obr. 4).

Obr. 4. Sezonní dynamika biomasy planktonních sinic (mg.l-1) a procentuálního zastoupení planktonních sinic v biomase fytoplanktonu
Fig. 4. Seasonal dynamic of the planktonic cyanobacteria biomass (mg.l-1) and their frequency (%) in the phytoplankton biomass

Závěr

Rybníky obecně mohou být přínosné z pohledu retence živin, zejména pak fosforu. Pokud jsou však dlouhodobě přetěžovány, dílem ze strany komunálních odpadních vod nebo ze strany neúměrně intenzivního rybářského obhospodařování, chovají se přesně opačně a jsou tím pádem rizikové pro eutrofizaci níže ležících vodních ekosystémů. I přestože řada rybníků v povodí není příliš průtočná, mohou představovat významné riziko pro nádrž Jordán. Jedná se zejména o období intenzivní letní srážkové činnosti, kdy může dojít k propláchnutí velkého objemu vody těchto rybníků, které jsou v té době bohaté na živiny i na biomasu fytoplanktonu, a tedy ke značné jednorázové dotaci Jordánu živinami využitelnými pro růst řas a sinic. To má za následek zhoršení kvality vody a zhoršení podmínek pro vodní rekreaci.

Výsledky pořízené od roku 2015 potvrzují, že pro zachování dobré kvality vody ve VN Jordán i v budoucích letech je nezbytné výrazně snížit vstup fosforu přítoky. Aktuálně by tento požadavek mělo vyřešit vybudování centrální srážecí stanice pro fosfor umístěné na hlavním přítoku pod hrází rybníka Košín. Důležité bude vyzkoušet a následně navrhnout optimální dávku koagulátu (síran železitý) s ohledem na významné množství fosforu, které se do VN Jordán dostává z výše položených rybníků ve formě partikulované, vázané v biomase fytoplanktonu. Vybudování srážecí stanice však neznamená, že není nutné problematiku rybníků v povodí VN Jordán i nadále řešit. Důležité bude provést zejména revizi stávajícího způsobu rybářského obhospodařování. Samostatnou kapitolou je minimalizace odnosu fosforu a nerozpuštěných látek v průběhu výlovů. Důraz by měl být také kladen na omezení rozvoje a následného nekontrolovatelného transportu drobných planktonofágních druhů ryb z výše ležících rybníků, který může zhoršit celkový efekt biomanipulačních opatření, která jsou realizována ve vlastní nádrži Jordán. V posledních letech se ukazuje také jako velký problém šíření a výskyt nepůvodních druhů ryb (např. střevlička východní, sumeček americký) v povodí Košínského potoka.

Původní příspěvek byl publikován ve sborníku Rybníky 2018, ISBN 978-80-01-06452-8.

Posted by & filed under Ze světa vodního hospodářství.

Pracujete jako hydrobiolog ve státním podniku Povodí Vltavy, přednášíte na Západočeské univerzitě v Plzni, jste členem mnoha národních i mezinárodních komisí a organizací, např. jste předsedou České fosforové platformy, z. s., členem Výboru České limnologické společnosti, z. s. Vaše příspěvky plní program mnoha konferencí, vypadá to, že limnologie nebyla pouze předmětem Vašeho studia. Co je na tomto oboru podle Vás tak zajímavého?

K vodě mám blízko odmalička, prostě jsem tuhle lásku dostal nějak do vínku, s tím se už nedalo nic dělat.

Voda je úžasná tím, že všechno propojuje, a to velmi dynamicky. Že „bez vody není života“, je sice hodně ohraná poučka, ale pořád to vypadá, že to chápe jen mizivé procento lidí. Jinak bychom přece nemohli v krajině s vodou hospodařit tak bídně, jak se děje. A co teprve, když tuhle poučku nepatrně rozšířím, že „bez zdravé vody není zdravého života“, či že „bez zdravého povodí není zdravé vody“! To už doopravdy nechápe skoro vůbec nikdo. Jinak bychom přece nemohli v diskusích třeba o obsahu pesticidů ve vodách nebo o obsahu různých mikrokontaminant (nebo dokonce i živin!) v komunálních odpadních vodách neustále narážet na argumenty „To je moc drahé!“ Protože co je vlastně drahé oproti ceně Života?

Jste člověk s velkým přehledem a zkušenostmi, skvělý řečník a neskutečně dobře umíte dávat věci do souvislostí, proto si neodpustím otázku, v čem podle Vás tkví ten největší problém současného vodního hospodářství?

Zásadní problém je, že když už si položíme takovouto důležitou otázku, je vždycky směrovaná k něčemu konkrétnímu: k vodě, zemědělství, ovzduší, biodiverzitě, srážkám, oceánům, motýlům. A v takto zúženém rámci tu otázku nemůžeme dobře zodpovědět. Je nezbytné z rámce otázky uniknout a říci, že největším problémem vodního hospodářství je celkové narušení poměrů na Zemi.

Příkladem takové chyby rozdělování problematiky na víc témat, která pak ale nelze dobře řešit, je sucho. Aby se v tom řešitelé vyznali, rozdělí si problematiku na sucho hydrologické a sucho zemědělské, případně na další. A pak se hydrologickým suchem začnou zabývat tradiční vodaři, kteří to bez přehrad prostě řešit nedokážou, a zemědělským suchem zemědělci, kteří ho rádi řeší požadavky na kompenzace ztrát a požadavky na vodu pro závlahy. To je výborné prostředí na vynaložení obrovských finančních prostředků, aniž bychom se dostali k řešení příčin.

Tím jsem se dostal k dalšímu zásadnímu problému vodního hospodářství, ale vlastně obecně naší lidské činnosti. Milujeme řešení následků a nikoli příčin.

Velkou část svého profesního života jste věnoval rybníkům, a to hlavně kvalitě vody v nich. Ačkoliv již poměrně dobře známe probíhající procesy v rybnících, máme potřebné technologie, stále se nedaří kvalitu vody v těchto ekosystémech zlepšit, nebo se pletu?

Ne, nepletete. Je to tak. Na vině je spousta faktorů. Od řádového zintenzivnění hospodaření na rybnících po druhé světové válce, přes obecné změny hospodaření v krajině až po vliv odpadních vod z měst a obcí. Když se na ten výčet podíváme, skoro by se zdálo, že většinu faktorů bychom dokázali z větší části napravit. Bohužel v zásadě nic už nejde „vrátit do původního stavu“. Proces ničení našeho prostředí vidím jako stroj, jehož ozubená kola pracují pouze směrem dopředu.

V případě rybníků nám hodně vadí například rozšíření invazních druhů. Jeden z nejdůležitějších invazních organismů jsou sinice, které jsme si celosvětově svědomitě napěstovali na sloučeninách fosforu vypouštěných do vod. Právě sinice nám dnes nedovolují snadno zlepšit kvalitu vody nejen v rybnících, ale ani v přehradních nádržích. Jsou totiž velmi šikovné. Dnes už prostě nestačí „jen“ snížit vstup fosforu do rybníka či snížit rybí obsádku.

 

Rybníky jsou často zmiňovány jako jedna z možností zvýšení retence vody v krajině. Jaký názor na budování či obnovu rybníků máte Vy?

Já mám rybníky rád. Myslím, že krajině dokážou velmi mnoho přinést. Nejedná se jen o zadržení povrchové vody, ale ve většině případů i o retenci podzemní vody. Důležitý je jistě i příznivý vliv na mikroklima, biodiverzitu,… Takže za mě rybníky ano, ALE – rybníky mají význam především v kontextu se sérií dalších změn ve prospěch retence vody v krajině. Samotný rybník situaci obvykle nevytrhne. Zejména pokud se například v povodí hospodaří erozně rizikovým způsobem nebo pokud není vyřešeno čištění odpadních vod. Pak si novým rybníkem jen vytvoříme další problémy do budoucna. Obávám se, že podpora budování rybníků, by mohla vyvolat klamný dojem, že jsme sucho konečně opravdu začali řešit. To by bylo špatně, protože bez změn komplexních se jedná pouze o další „hru na řešení“.

Jste zakladatelem České fosforové platformy, co Vás vedlo k tomuto kroku?

Dlouhá léta jsem bojoval za důležitost fosforu. Většina tohoto úsilí byla dost marná. Teď to vypadá, že už je fosfor konečně chápán s odpovídající vážností, ale není tomu tak. Jedním z mnoha důkazů může být z mého pohledu trapná tahanice o zpřísnění emisních standardů pro fosfor v rámci novelizace nařízení vlády č. 401/2015. Zpřísnění neprošlo doteď. O recyklaci fosforu z odpadních vod, na které pracují vyspělé státy světa, se u nás ještě ani vážněji nemluví.

To je ovšem jen úzká výseč problematiky fosforu. Fosfor je také surovinou, která rychle dochází a během cca 150 let také dojde. Hospodaření s fosforem se týká velmi zásadně zemědělského hospodaření a třeba také nakládání s potravinami. Chtěli jsme proto založit jakousi platformu pro sdílení informací pro aktivní podporu úvah, kudy na fosfor chytře.

Je velice těžké bojovat v této zemi za životní prostředí, kde berete energii ke své práci? Poslední roky vidíme i cítíme dopady klimatické změny, adaptace si vyžaduje okamžitou a rychlou změnu a já mám často pocit, že lidstvo není takové změny schopno. Jak to vidíte Vy, patříte mezi optimisty či spíše pesimisty?

S dostatkem energie jsem se už asi narodil a asi také s optimismem. Ten si zachovávat je stále náročnější, protože zřejmě bez zásadního průšvihu pro naši civilizaci vývoj k lepšímu obrátit nedokážeme. Mě tohle samozřejmě mrzí. Také je demotivující sledovat výroky a skutky nejen politiků a velké části občanů, kterým vůbec nedochází, o co se vlastně hraje, ale také tvrzení některých úzce zaměřených odborníků neschopných vidět problematiku jako celek. Mým cílem není spasit svět, protože jednak to nejde a jednak je to podle dr. Honzáka i nejlepší cesta k vyhoření. Snažím se dělat maximum, co já sám mohu, a když se mi to daří, mám dobrý pocit.

Patříte k přednášejícím, kteří měli prezentaci na každém ročníku konference Rybníky, dalo by se říct, že jste „tváří“ této konference. Po volbách jste se stal i předsedou Komise životního prostředí města Plzně, proto bych se Vás ráda zeptala, můžeme se na Vás těšit i v letošním roce?

Ano, aktivit mám spoustu, tak si nejsem jist, jestli se mi podaří připravit něco nového zajímavého. Ale účast rozhodně nevynechám.

Posted by & filed under Ze světa vodního hospodářství.

Rybníky utvářejí charakter krajiny na mnoha místech v České republice, v některých oblastech jsou dokonce dominujícím krajinným prvkem. Nejznámější současnou rybníkářskou oblastí je bezpochyby Třeboňsko, najdeme u nás ale i další významné soustavy. Zmínit lze například soustavy Blatenskou, Hlubockou nebo Tovačovskou, Lednické rybníky, Rožďalovické rybníky či Máchovo jezero spolu s rybníky v jeho okolí. První rybníky se na území současné České republiky objevují již od 10. století. V průběhu staletí procházelo množství rybníků na našem území dramatickými změnami, přičemž konjunktura rybníkářství se odehrála v 15. a 16. století.

Obr. 1. Severně od obce Lískovice (okr. Jičín) se v minulosti nacházel rybník, který je zachycen ještě na mapě 3. rakouského vojenského mapování

Již v minulosti bylo rybníkářství předmětem zájmu odborníků, jelikož se jednalo o náročné odvětví vyžadující vysokou míru znalostí a zkušeností. Prvním odborným spisem, který byl zásadní nejen pro rybníkářství na našem území, byl spis olomouckého biskupa Jana Dubravia (1486–1553) De piscinis (O rybnících) vydaný v latině v roce 1547 (český překlad Anežky Schmidtové vydán v roce 1953 [1]). Další známou osobností, která se zabývala rybníkářstvím, byl Josef Šusta (1835–1914) působící převážně na Třeboňsku. Zabýval se především chovem kapra, ale věnoval se i historii rybníkářství. Jeho nejvýznamnějším dílem je kniha Výživa kapra a jeho družiny rybničné: nové základy rybochovu rybničného [2]. Obě uvedená zásadní díla jsou zaměřena na chov kapra zejména s ohledem na produkční možnosti. Je to pochopitelné, neboť po staletí byla funkce rybníků a rybničního hospodaření především produkční. Významným krokem s ohledem na tento směr výzkumu bylo zřízení Výzkumného ústavu rybářského a hydrobiologického v roce 1920, jelikož tímto byl výzkum v oblasti rybníků a rybníkářství institucionalizován. Do současnosti byla publikována dlouhá řada prací prezentujících výsledky takovéhoto výzkumu.

Obr. 2. Jihovýchodně od obce Syrovice (okr. Třebíč) se na soutoku Ctidružického a Spetického potoka nacházel rybník, který je naposledy zakreslen na mapě 2. rakouského vojenského mapování a na mapě 3. rakouského vojenského mapování již zobrazen není. Jeho hráz je však v terénu stále dobře patrná

Databáze CEP (Centrální Evidence Projektů) obsahuje záznamy o celkem 28 projektech, které ve svém názvu obsahují kořen slova „rybn“ (rybník, rybniční atp.). Nejstarší z těchto projektů byly řešeny na počátku devadesátých let (databáze obsahuje údaje od roku 1994 včetně projektů v tomto roce již běžících). Spektrum zaměření projektů je velmi široké, přičemž projekty orientované na chov ryb jako takový jsou zastoupeny omezenou měrou. Výzkum byl dále věnován sedimentům, biodiverzitě, ekologii rybníků a jejich okolí či živinám.

Pracoviště Katedry hydromeliorací a krajinného inženýrství (České vysoké učení technické v Praze, Fakulta stavební) se v poslední době podílelo nebo podílí na řešení tří výzkumných projektů zaměřených na rybníky. Společným jmenovatelem všech těchto tří projektů je pohled do historie rybníků, které představují jeden z nejvýznamnějších krajinných prvků na mnoha místech naší republiky. Nejstarší z těchto projektů QJ1220233 s titulem „Hodnocení území na bývalých rybničních soustavách (vodních plochách) s cílem posílení udržitelného hospodaření s vodními a půdními zdroji v ČR“ byl řešen v rámci programu NAZV KUS v období 2012–2015 pod vedením týmu z Univerzity Palackého v Olomouci za účasti týmu z ČVUT, Výzkumného ústavu vodohospodářského T. G. Masaryka, v. v. i., a společnosti Ecological Consulting, a. s. Tento projekt přinesl řadu zajímavých výsledků. Za všechny, kterých je celkem 75, lze jmenovat knihy „Historické rybníky České republiky: srovnání současnosti se stavem v 2. polovině 19. století“ [3] a „Zaniklé rybníky v České republice – případové studie potenciálního využití území“ [4] nebo mapu s názvem „Současný stav historických rybníků na území České republiky“ [5].

Obr. 3. Rožmberk nacházející se u Třeboně (okr. Jindřichův Hradec) je s rozlohou 489 ha naším největším rybníkem; postaven byl Jakubem Krčínem z Jelčan a Sedlčan v letech 1584 až 1590

Další projekt, řešený na pracovišti Katedry hydromeliorací a krajinného inženýrství, spadá také do programu NAZV KUS a nese název „Obnova a výstavba rybníků v lesních porostech jako součást udržitelného hospodaření s vodními zdroji v ČR“ (QJ1620395). Byl řešen od roku 2016 do roku 2018 pod vedením týmu z ČVUT za účasti týmů z Univerzity Palackého v Olomouci a Výzkumného ústavu Silva Taroucy pro krajinu a okrasné zahradnictví a společnosti Rovina, a. s. Za všechny výsledky stojí za zmínku především softwarový nástroj pro morfologické hodnocení profilů pro výstavbu malých vodních nádrží, který umožňuje hodnocení dávek profilů s ohledem na výběr těch nejvhodnějších [6], nebo mapy zaniklých a existujících vodních ploch ve třech povodích (Opava, Jevišovka, Bystřice), které zahrnují i informaci získanou z analýz map 1. rakouského vojenského mapování. Uvedené jsou významné především tím, že prezentují i rozsah zátopy rybníků zaniklých před obdobím 2. rakouského vojenského mapování, který je výsledkem poměrně náročné manuální digitalizace založené na podrobné analýze jak historických, tak současných mapových podkladů.

Obr. 4. Nesyt nacházející se v NPR Lednické rybníky mezi obcemi Sedlec a Hlohovec (okr. Břeclav) je největším rybníkem na jižní Moravě a postaven byl již v 16. století

Dosud posledním projektem, který pracoviště Katedry hydromeliorací a krajinného inženýrství, řeší, je projekt DG16P02M036 „Údržba, opravy a monitoring hrází historických rybníků jako našeho kulturního dědictví“, který je v rámci programu NAKI II plánován až do roku 2020. Projekt je zaměřen především na hráze historických rybníků, ale předmětem výzkumu je i výskyt rybníků ve vybraných oblastech v různých historických obdobích a jejich mapování zejména z pohledu stavu jejich hrází. S ohledem na to, že projekt je stále ve fázi řešení, nejsou nejvýznamnější naplánované výsledky dosud publikovány. Za ty dosud realizované stojí za zmínku především experimentální objekt pro testování technologie stříkaného bentonitu pro potřeby zatěsňování hrází historických rybníků [7]. Na tomto objektu již probíhají experimenty, které prokázaly účinek tímto způsobem realizovaného těsnění.

Obr. 5. Vavřinec je největším rybníkem ve Středočeském kraji; nachází se u stejnojmenné obce (okr. Kutná Hora) na toku Výrovky, jeho rozloha činí 71 ha a založen byl již roku 1472

Mezi výsledky uvedených projektů patří dále konference Rybníky, která je od roku 2015 pořádána každoročně. První ročník byl pořádán v rámci projektu QJ1220233, další tři ročníky pak v rámci projektu QJ1620395. V roce 2019 by se konference měla uskutečnit v rámci projektu DG16P02M036. Konference, o které se dočtete na jiném místě tohoto vydání, je tak dalším pojítkem mezi zmíněnými projekty. Další pojítko lze spatřit ve využití technologie UAV (Unmanned Aerial Vehicle), pro kterou se mezi laickou veřejností vžil název „drony“. Tato moderní a prudce se rozvíjející technologie je nedocenitelným pomocníkem při výzkumu krajiny a jejích prvků, mezi kterými rybníky zaujímají jedno z nejvýznamnějších postavení.

Obr. 6. Rybník Bubnovka u Miletína (okr. Jičín) je významnou ornitologickou lokalitou; nalézt jej můžeme již na mapě 1. rakouského vojenského mapování

Možnosti využití této technologie jsou široké a byly popsány v řadě publikací, které jsou výstupy uvedených projektů [8–10]. V první fázi byly technologie na pracovišti Katedry hydromeliorací a krajinného inženýrství aplikovány dodavatelským způsobem, od roku 2016 však již byly využívány vlastní stroje. UAV technologie je využívána jak pro potřeby pořízení leteckých snímků krajiny umožňujících pohled z ptačí perspektivy, tak pro potřebu vytvoření podrobných ortofotosnímků a výškopisných dat zpracovávaných dále v prostředí GIS. Pořizovaná data jsou dále analyzována a využívána k různým účelům, zajímavé jsou ovšem i samotné pohledy na krajinu, a zejména na rybníky, z výšky. Rádi bychom se proto se čtenáři podělili o tyto pohledy prostřednictvím fotografií v tomto příspěvku. Na snímcích jsou zobrazeny jak lokality, kde se rybníky nacházely v minulosti a kde dnes již neexistují (obr. 1 2), tak rybníky, které se v krajině nachází dodnes (obr. 3–7).

Obr. 7. Rybník Svatý Prokop byl vybudován u Ždánic na toku Střebovky v letech 2008 až 2010 na místě, kde se historicky rybník již nacházel; na mapách 1. rakouského vojenského mapování je ještě patrný zákres hráze, na pozdějších mapách již chybí

Rybníky a jejich vliv na krajinu a hydrologický režim jsou v současnosti stále častěji skloňovaným tématem. Na pracovišti Katedry hydromeliorací a krajinného inženýrství bude jejich výzkum bezpochyby probíhat i nadále, a to jak v rámci již studovaných aspektů, tak v rámci řešení dalších důležitých témat s rybníky spojených. Budeme rádi, pokud se budeme o výsledky výzkumu moci podělit i na stránkách VTEI. Určitě se budeme také snažit zpřístupnit veřejnosti snímky rybníků z ptačí perspektivy, protože je to mnohdy jediná cesta, jak je zobrazit v celé jejich kráse.

Posted by & filed under Ze světa vodního hospodářství.

Konference Rybníky již tradičně probíhá v červnu a je pořádána jako dvoudenní akce s večerním neformálním posezením plánovaným vždy na první večer. První den je zaměřen na celkovou problematiku rybníků a přináší široké spektrum pohledů na tyto významné krajinné prvky. Na druhý den bývá naplánován workshop či exkurze. Workshop je vždy úzce tematicky zaměřen, lokality pro exkurzi jsou vybírány tak, aby stavby byly rozestavěné či v rekonstrukci (tedy nádrže vypuštěné, aby bylo něco vidět) či se snažíme představit dobře provedené realizace. V rámci prvního ročníku (2015) proběhla druhý den exkurze, následující rok se uskutečnil workshop na téma odbahňování a problematika rybničních sedimentů a v roce 2017 jsme se věnovali výpustným zařízením, jejich navrhování, opravám či realizaci u nových staveb i těch dnes již historických.

Obr. 1. Pohled do sálu při konferenci Rybníky 2018 (foto: Václav David, ČSKI)

Počet účastníků posledního ročníku (2018) přesáhl číslici 180 a zařadil se tak, co do návštěvnosti, na první místo. První přednáškový den se byl plný zajímavých jmen přednášejících i témat. V prvním bloku se slova ujal prof. RNDr. Jaroslav Vrba, CSc., (JČU v Českých Budějovicích) s příspěvkem „Nevstoupíš dvakrát do téhož rybníka – aneb vývoj rybničních ekosystémů od Šusty k hypertrofii“. Následoval ho RNDr. Jan Potužák, Ph.D., (Povodí Vltavy, s. p.) s aktuálními informacemi o vlivu rybníků na kvalitu vody VN Jordán v Táboře. Na kolegu Potužáka navázal RNDr. Jindřich Duras, Ph.D., s příspěvkem o Horusickém rybníku a jeho živinové bilanci. První blok přednášek uzavřel RNDr. Pavel Novák, Ph.D., jenž přítomné seznámil s kvalitou rybničních sedimentů v zemědělsky využívaném povodí MVN Ždír.

V rámci druhého bloku vystoupil např. Ing. Ján Regenda, Ph.D., z JČU s příspěvkem o manipulaci s vodní hladinou rybníků. Na téma bezpečnostní přelivy – rozdílné způsoby technických řešení a jejich vliv na celkovou ekonomiku výstavby malých vodních nádrží upozornil Ing. David Veselý z Lesů ČR, s. p. Navazoval příspěvek Ing. Stanislav Žatecký (Vodní díla-TBD) o bezpečnostních přelivech historických rybníků – prověření kapacity a možné úpravy, nouzové přelivy. Dopolední blok uzavřela RNDr. Jitka Uhlíková, Ph.D., (AOPK ČR) se zajímavým a nanejvýše aktuálním tématem „Problematika výskytu bobrů na rybnících“.

Obr. 2. Zastávka při exkurzi v roce 2018 na dokončeném rybníce Lipiny v Modřanech (foto: Věra Hubačíková, ČSKI)

Během odpoledního bloku vystoupil např. Mgr. Marian Velešík (OU) s příspěvkem o ekosystémových službách rybníků na Svitavsku, Ing. Václav Mazín, Ph.D., (SPÚ Plzeň), který přítomné informoval o návrzích, projekci a stavbě malých vodních nádrží v subpovodí Předenického potoka v povodí vodárenského toku řeky Úhlavy či Mgr. Kataríne Slabeyové (ČSO) s informacemi „Proč i ornitologové měří průhlednost vody v rybnících?“.

Program konference, přednášky i sborníky ze všech čtyř konferencí jsou dostupné na webových stránkách http://www.cski-cr.cz/.

Večerní posezení proběhlo v pivovaru v Úněticích, kde bylo pro účastníky nachystáno pivo a guláš. Diskutovalo se až do pozdních hodin. Druhý den proběhla exkurze po právě dokončovaných akcích v Praze a blízkém okolí. Exkurzí účastníky provázel Ing. Jiří Karnecki z Magistrátu hlavního města Prahy.

Akci každoročně pořádá Česká společnost krajinných inženýrů ve spolupráci s Českým vysokým učením technickým v Praze, Univerzitou Palackého v Olomouci, Výzkumným ústavem vodohospodářským TGM, v. v. i., a Českou zemědělskou univerzitou v Praze.

Posted by & filed under Ze světa vodního hospodářství.

konaném dne 10. října 2018 v kongresovém sále č. 217, sídlo ČSVTS, z. s., Novotného lávka 5, Praha 1.

Zaměření semináře

Problematika výstavby, provozu a oprav malých vodních nádrží (včetně suchých nádrží) a ochranných hrází na tocích je v naší republice trvale aktuální, a to bez ohledu na momentální hydrologické podmínky, tj. nejen pro extrémní období povodní i sucha posledních let.

Cílem semináře je poskytnout v jednotlivých příspěvcích současné či nedávné zkušenosti a poznatky představitelů vybraných správců předmětných vodních děl a specializovaných odborníků z oboru ucelené informace o výstavbě, opravách a provozu uvedených vodních staveb.

Seminář je určen především pro vodohospodářské pracovníky státní správy, projektanty, provozovatele malých vodních nádrží, suchých nádrží a ochranných hrází na tocích, ale i pro další zájemce.

Program semináře

9,30–10,00Prezence účastníků a zahájení, seznámení s programem
Ing. Jiří Poláček, VODNÍ DÍLA – TBD a. s.
10,00–11,00Škody na ochranných hrázích toků Povodí Moravy, s. p., následkem činnosti bobrů
Ing. Vlastimil Krejčí, Povodí Moravy, s. p.
11,00–12,00Rybníky očima hydrobiologa – funkce rybníků v krajině
Ing. Marek Baxa, ENKI Třeboň, o. p. s.
12,00–13,00Příklady výstavby a oprav malých vodních a „suchých“ nádrží Povodí Vltavy, s. p.
Ing. Martin Poláček a kolektiv, Povodí Vltavy, s. p.
13,00–13,30Přestávka
13,30–14,30Opravy hrází a funkčních objektů historických malých nádrží v poslední době
Ing. Tomáš Pecival, VODNÍ DÍLA – TBD a. s.
14,30–15,00Diskuse, závěr

K jednotlivým vystoupením

Ing. V. Krejčí se ve svém vystoupení věnoval nežádoucí činnosti bobrů zejména na ochranných hrázích podél řek ve správě Povodí Moravy, s. p. Bobr evropský je jako sympatické vodní zvíře a současně silně ohrožený živočišný druh pod přísnou ochranou, avšak svou přirozenou činností způsobuje na zemních hrázích velké škody. Jeho přirozená reprodukce je velmi vysoká, a tak počet bobrů v ČR, ale i v jiných zemích se neustále výrazně zvyšuje. Působení bobrů v rovinatém území jižní Moravy poškodilo ochranné hráze v povodí řek Dyje, ale i Moravy a jejich přítoků natolik, že bez radikálního technického opatření hrozilo jejich protržení na několika místech. Povodí Moravy, s. p., investovalo do opatření, zajišťujících bezpečnost těchto hrází, v průběhu posledních let více než 100 mil. Kč. Zpočátku byly z koruny hrází zaráženy ocelové štětové stěny do hloubky sahající až na základovou spáru. Tímto způsobem byly sanovány stovky m hrází zejména podél Dyje v oblasti Staré Břeclavi. V posledních letech se preferuje opevňování návodního svahu těžkým kamenem nebo ochrana svahu pokládkou pevného ocelového pletiva pod vrstvu zeminy. Tato vrstva sice bobra do hráze nepustí, ale jedná se o technická řešení velmi nákladná.

V poslední době je výskyt bobra v ČR stále četnější, a to i v oblastech, kde v posledních letech zaznamenán nebyl (např. některé oblasti v povodí Vltavy, Labe aj.). Česká legislativa ochrany přírody je v tomto směru poněkud zastaralá a je nejvyšší čas přistoupit k regulaci počtů bobra evropského v naší zemi dříve, než bude situace nezvladatelná a škody nevyčíslitelné.

Ing. M. Baxa, doplněn svými kolegy Ing. M. Musilem a Ing. Z. Benedovou, prezentoval změny na rybnících za posledních 40 let očima hydrobiologa. Na případových studiích, vypracovaných na základě výsledků dlouhodobých pozorování a výzkumů na třeboňských rybnících Rod a Staňkovský, doložil změny kvality vody vlivem změn v osádce fytoplanktonu, makrofyt a ryb. Na rybníku Rod proběhl v letech 2014–2017 ve spolupráci s Rybářstvím Třeboň a. s. pokus, který měl prokázat význam kapří osádky v rybníku. V tomto období byl rybník Rod oproštěn od kapra. Kvalita vody v rybníku se velmi zhoršila, protože převahu zde získaly nežádoucí rostlinné i živočišné druhy, dále vodu devastující. Nyní se již rybník Rod po obnově kapří osádky pomalu vrací do původního stavu. Hlavním problémem Staňkovského rybníka je nadměrná tvorba sirovodíku ve vodě v letním období, kterou doprovází odpuzující zápach v okolí spodní výpusti, která je situována přímo v obci Staňkov, která je centrem významné rekreační oblasti. Ing. Baxa detailně a srozumitelně vysvětlil důvody tvorby tohoto jevu, ke kterým kolektiv ENKI dospěl na základě rozsáhlého rozboru různých vlivů na předmětné území a jejich změn po roce 1989.

Ing. M. Poláček úvodem připomněl přehled malých vodních nádrží v péči Povodí Vltavy, s. p., které nevyhověly posudku bezpečnosti vodních děl při povodních. Dále popsal současný stav řešení nápravných opatření, a to na příkladech z vodních děl Kastelský rybník, Luženice, Němčice u Kdyně, Nový Vstišský rybník, Mačice a Stražiště. Tyto malé vodní nádrže byly spravovány donedávna ZVHS a hlavním cílem opatření na nich provedených bylo zvýšení kapacity bezpečnostních přelivů, resp. zvětšení retenčního prostoru a oprava dalších funkčních objektů. Poslední část příspěvku byla věnována nedávno dokončené výstavbě suché protipovodňové nádrže Bílsko na Bílském potoce na Strakonicku nad stejnojmennou obcí. Suchá nádrž o objemu cca 183 tis. m3 (hráz vysoká přes 10 m a dlouhá 200 m) zajistí výraznou transformaci povodňového průtoku Q100 = 25 m3.s-1 na Q100T = 7,0 m3.s-1. Svou velmi zajímavou přednášku doplnil autor o zajímavou video dokumentaci stavby pořízenou profesionálně z dronu.

Ing. T. Pecival seznámil účastníky semináře s řadou příkladů oprav a rekonstrukcí malých vodních nádrží, na nichž působil jako projektant nebo ve funkci autorského dozoru.

Postupně prezentoval vodní díla:

  • Hvížďalka u Spáleného Poříčí; při rekonstrukci z let 2014–2016 byla provedena oprava spodních výpustí, vodní dílo bylo zabezpečeno při povodních, došlo k vyrovnání koruny hráze a odbahnění nádrže a konečně k výstavbě mokřadů.
  • Rybník Chotouchov u Bečvár na Kolínsku; při povodni v červnu 2013 došlo ke spontánnímu přelití hráze přes korunu v délce mnoha desítek m a k protržení hráze; při opravě byla hráze opravena a vybudován nový kapacitní bezpečnostní přeliv.
  • Holoubkovský rybník u Rokycan (III. kategorie z hlediska bezpečnosti); hráz je důležitou místní dopravní komunikací a přetížené těleso hráze bylo dlouhodobě ve špatném technickém stavu a doprava po něm omezena na jeden pruh; při opravě byla hráz opravena a dostatečně stabilizována, vybudován nový přelivný objekt, nová spodní výpust a zanesená nádrž odbahněna.
  • Merklínský rybník na Domažlicku (III. kategorie); byly vybudovány dva nové kapacitní bezpečnostní přelivy a objekt spodní výpusti.
  • Nový rybník u Jistebnice na Táborsku (III. kategorie); kolaudace po rekonstrukci proběhla v říjnu 2018; výstavbou nové spodní výpusti byla odstraněna kaverna nad starým dřevěným potrubím, k jejímuž provalení došlo při povodni v červnu 2013 a omezovala funkci objektu; dále byla upravena koruna hráze včetně návodního opevnění a vybudován nový nehrazený kapacitní přeliv.
  • Ovčácký rybník na Strakonicku (III. kategorie); hlavním cílem opravy byla výstavba nového objektu spodní výpusti, která byla realizována překopem tělesa vysoké hráze.
  • Kařezský dolní rybník na Rokycansku (III. kategorie); v rámci rekonstrukce byl vybudován nový objekt spodní výpusti, který nahradil dlouhodobě nevyhovující objekt s požerákem u vzdušní paty hráze.

Na závěr svého vystoupení Ing. Pecival popsal opravy požárních nádrží v obcích Cheznovice a Těně.

Závěry

Semináře se zúčastnilo celkem 56 osob, z toho bylo 39 platících. Ze 17 neplatících bylo 7 přednášejících a 9 studentů s jednou vyučující (VOŠS a SPŠS v Praze, Dušní ul.). Mezi 39 platícími bylo 5 účastníků z úřadů.

Organizace semináře týkajícího se problematiky malých vodních nádrží (včetně „suchých poldrů“) a ochranných hrází na tocích je dlouhodobě velmi živým tématem. Proto se doporučuje ČVTVHS, z. s., uspořádat další seminář s podobnou tématikou v roce 2020.

Jednotlivé příspěvky publikované na popsaném semináři mají zájemci k dispozici na www.cvtvhs.cz.

Posted by & filed under Hydrochemie, radioekologie, mikrobiologie, hydrobiologie.

Souhrn

Vodní prvky představují významnou součást prostředí kulturních památek, památkových zón a rezervací. K naplnění požadovaných funkcí, které mohou zahrnovat sociální, historické, rekreační a vzdělávací, ale také environmentální funkce, je nutné zajistit jejich odpovídající cílový stav. Tento stav zahrnuje strukturně-technický stav a kvalitativní stav. Článek uvádí výsledky dotazníkového vyhodnocení ohrožení negativních změn vodních prvků. Představuje také výsledky kontaminace vybraných typických vodních prvků a jejich systémů fosforem a změny trofického potenciálu vody v průběhu roku 2017. Tento článek přináší informace o možných řešeních pro zlepšení kvality prostředí vodních prvků založených na přírodních metodách (biologické bakteriálně-enzymatické přípravky, plovoucí ostrovy s okrasnou mokřadní vegetací, mokřadní rostliny s plovoucími listy, změny v rybích obsádkách atd.).

Úvod

Historické zahrady a parky od renesance až do poloviny 20. století zahrnují různé zahradní typy a umělecké pojetí volného prostoru v jejich rámci. Skládají se z konstrukčních a vegetačních prvků a jsou součástí krajiny, uměle a umělecky navržené či upravené člověkem [1, 2]. Konstrukční prvky zahrnují i všechny vodní prvky, jenž se dělí na prvky formální (např. vodní plochy prizmatických tvarů, umělé kanály, fontány, kašny a jiné – více viz [3]) a neformální (např. malé vodní plochy přírodního charakteru, části koryt vodních toků apod.). Pohled na historické zahrady se výrazně změnil v průběhu 20. století. Až do společenského zřízení ochrany přírody v 70. letech bylo stanovení památkové kvality historických zahrad a parků v závislosti na jejich umělecké hodnotě. Myšlenka ochrany přírody posunula náhled na parky a zahrady či přírodní scenérie s jejich biotopy stejně vysoko jako umělecké kvality. Dnes jsou historické zahrady a parky vnímány v jejich komplexitě. V mnoha konkrétních případech spory mezi ochranou přírody a zachováním historického stavu zahrady se změnily na přístup umožňující sladění obou pohledů [2]. K tomu v případě vodních prvků rybničního typu vstupuje potřeba sladit produkční hospodaření na nich s potřebným ekonomickým přínosem, s památkově ochranářskými či i přírodně ochranářskými požadavky, navíc v kombinaci se zachováním podmínek pro rekreační a turistické užití (např. památkově chráněné komplexy v Lednici, Kroměříži, Českém Krumlově apod.). Sladění těchto požadavků si kladou za cíl i projekty zaměřené na rekonstrukce, revitalizace a případně i obnovu historických zahrad a památkově chráněných areálů, včetně vodních prvků [4]. Přístupy k revitalizaci a obnově historických zahrad po skončení období totality v Polsku uvádí Wener [5].

Z hlediska ohrožení vodních prvků lze identifikovat převážně ohrožení kvality jejich vodního prostředí (přísun znečištění z bodových, plošných a difúzních zdrojů znečištění), ohrožení prostorových charakteristik (zazemňováním, ucpáváním, vysycháním atd.) a ohrožení kvality doprovodné vegetace (rozšiřování invazivních druhů, ohrožení suchem, záplavami, změnami hladiny podzemní vody, škůdci a nemocemi atd.). Kontaminaci objektů netěsnými kanalizacemi a odpadovými jímkami popisuje jako jeden z problémů zejména při výskytu povodní Krčmář [6]. Významnou roli v ohrožení kvality rybničních vodních prvků hraje eutrofizace vod [7, 8]. Velkým problémem je také ukládání splavenin a následné zarůstání ploch s nízkým vodním sloupcem vegetací, což může být problémem i u vodních prvků památek, které jsou napojeny na povrchové vody s nedostatečnou kvalitou, přinášející erozní smyvy [9]. Údržba a monitoring stavu památek, včetně zahrad a parků a vodních prvků, bude hrát podle [10] významnou roli v souvislosti se změnou klimatu a výskytem extremit počasí.

Cíle výzkumu

Cílem výzkumu bylo provést prověření a hodnocení stavu vodních prvků (fontán, kašen, bazénů, nádrží, rybníků apod.) památkově chráněných objektů a území a kvality jejich vodního prostředí, se zaměřením na všechny typy památkových rezervací, národní kulturní památky a lokality světového kulturního dědictví. Nejprve bylo třeba zvolit vhodné postupy, mezi něž patřilo využití dotazníkového šetření, detailního průzkumu vodního prostředí vybraných lokalit a analýz vzorků vod a sedimentů, se zahrnutím rozboru vybraných biologických složek (fytoplankton, zooplankton, vegetace) a posouzení složení rybích obsádek. Výsledkem výzkumu by měla být doporučení a návrhy opatření k udržení či zlepšení kvality, včetně úprav rybích obsádek.

Metodické postupy a pilotní lokality

Úvodní fáze výzkumu zahrnovala provedení dotazníkového šetření zaměřeného na posouzení ohrožení lokalit národních kulturních památek a památkových rezervací (městských, vesnických, archeologických) vybranými antropogenními vlivy (povodně, sesuvy, eroze, atmosférické spady, znečištění, ohrožení průmyslovou činností atd.) provedené pracovníky VÚV TGM, v. v. i., a NPÚ, v. v. i., [11] postupně v jednotlivých krajích ČR v letech 2012 až 2015. V případě vodních prvků měla být hodnocena vybraná rizika ohrožení jejich stavu z hlediska změn jakostních charakteristik vodního prostředí a na vodu vázaných biotopů, výskytu invazních druhů, změn jejich diverzity, z hlediska zajištění potřebného množství vody, zazemnění, zanesení sedimenty, zarůstání, která mohou mít významný dopad na stav a kulturní hodnotu památek a památkově chráněných území. Dotazník zahrnoval otázky týkající se: pozorování kvalitativních změn vodního prostředí, výskytu projevů eutrofizace, výskytu nežádoucí vegetace, zarůstání, stavu sedimentů, stavu znečištění vody, vnosu a charakteru znečištění, zajištění požadovaného množství vody, ohrožení nadměrným množstvím vody, pozorování projevů sucha, konstrukčního stavu apod.

Následně byla použita část metodiky [12] hodnocení ohrožení stavu vodních prvků průzkumem kvality vodního prostředí (voda, sedimenty, bioseston, rybí obsádka). Nejprve se jednalo o podrobné šetření pro všechny památkově chráněné objekty a území zařazené do světového kulturního dědictví „SKD“, tzv. „památky UNESCO“. Následně bylo šetření na místě provedeno pro lokality vytipované dotazníkovým šetřením, a to v roce 2016, v období s předpokládaným nejméně příznivým stavem v jakosti vod během roku (přelom jara/léta až konec léta). Od roku 2017 je prováděn dvouletý detailní monitoring užší skupiny lokalit (obr. 1). Poslední fází výzkumu, která není ještě dokončena a není zařazena do článku, je zobecnění poznatků a zpracování doporučení pro praxi v oboru péče o kulturní dědictví.

Popis sledovaných vodních prvků lokalit na obr. 1:

  • průtočné rybníky bez produkčního chovu ryb – Břevnov, Červené Poříčí, Český Krumlov, Holašovice, Ploskovice, Vesec, Krátká, Rájec nad Svitavou (2 rybníčky), Kroměříž-Podzámecká zahrada (1 rybník), Lednice;
  • průtočné rybníky s produkčním chovem ryb – Osek (1 rybník), Kroměříž-Podzámecká zahrada (2 rybníky), Holešov;
  • větší bazény a nádrže s okrasnými rybami – Osek (3 nádrže), Ratibořice, Litomyšl, Rájec nad Svitavou (2 nádrže), Kroměříž-Květná zahrada;
  • kašny, fontány a malé nádrže – Libochovice, Zákupy, Nové Město nad Metují;
  • vodní příkop – Švihov.

V terénu byly přístroji Hach-Lange HQ40d 1× měsíčně měřeny: teplota vody, koncentrace rozpuštěného kyslíku, nasycení kyslíkem, elektrická konduktivita vody a pH, a to pod hladinou a u dna. Průhlednost byla měřena Secchiho deskou. Odebrané vzorky vod byly analyzovány v akreditovaných laboratořích VÚV TGM na obsah nerozpuštěných a organických látek, jednotlivé formy dusíku a fosforu, chlorofyl, trofický potenciál [13] atd.

Mezi hlavní posuzované skupiny ukazatelů kvality vodního prostředí patří posouzení teplotního a kyslíkového režimu během roku, jenž odráží i vliv primární produkce reagující na zatížení nutrienty, a na druhou stranu vytvářející podmínky pro život zoocenózy, zejména ryb, které jsou v případě vodních prvků památkově chráněných areálů i součástí estetického působení těchto prvků, anebo součástí produkčně-ekonomického využití. Dále se jednalo o posouzení mikrobiální kontaminace, zatížení nutrienty a odezva v primární produkci (analýza chlorofylu a, množství a složení fytoplanktonu).

Obr. 1. Výzkumné lokality a jejich zařazení do kategorií památek
Fig. 1. Surveyed localities and their rank by culture heritage site categories
Tabulka 1. Podíl ohrožených lokalit z pohledu vodních prvků na celkovém počtu sledovaných památkově chráněných lokalit dané kategorie
Table 1. Ratio of threatened localities of the surveyed and assessed cultural heritage localities of given categories from the water elements point of view

Výsledky

Dotazníkové šetření

Dotazníkové šetření mělo přispět k základnímu rozdělení objektů a území do kategorií „neohrožené“ a „ohrožené“ ve smyslu působení antropogenních vlivů na památky, v naší části výzkumu [11], na vodní prvky.

Z šetření vyplynulo, že více než polovina památek zařazených mezi památky světového kulturního dědictví (UNESCO) má vodní prvky ohrožené působením antropogenních vlivů (tabulka 1), což je dáno i tím, že se jedná o areály s historickými zahradami majícími řadu vodních prvků typu nádrží a rybníků (Český Krumlov, Holašovice, Lednice, Litomyšl, Kroměříž, Průhonice, Telč), konkrétně 7 ze 12 lokalit (přičemž zde uvádíme Průhonice jako zástupnou lokalitu za Prahu (SKD je vymezena jako historické jádro Prahy + Průhonický areál). Také byl zjištěn významný podíl ohrožených lokalit mezi souborem vesnických památkových rezervací (VPR), a to 30 %. Důvodem je většinou nadměrná eutrofizace vod (spojená se zvýšením zákalu vody, rozvojem fytoplanktonu anebo zarůstání plovoucími vodními rostlinami, výskytem sinic, změnou vlastností vody až s tvorbou zápachu) návesních rybníčků, nádrží a rybníků v důsledku vnosu splaškových vod či erozních smyvů ze zemědělsky obhospodařovaných pozemků v povodí. Jeden nebo více vodních prvků typu nádrže, nebo rybník, má v rámci vymezené památkově chráněné zóny 32 z 61 zkoumaných VPR. Z těchto 32 lokalit bylo 18 (56 %) zařazeno mezi ohrožené.

Dokumentace ohrožení byla orientačně rozčleněna do okruhů spojených s i) zhoršením konstrukčního stavu, kam bylo zařazeno i ohrožení povodněmi a projevy eroze, ii) vnosem znečištění, iii) projevy eutrofizace a znečištění, iv) zanášením splaveninami a zazemňováním sedimenty, v) zarůstáním vegetací, vi) poškození nálety vegetace a vii) ohrožení kvality prostředí výskytem invazních druhů (ryb anebo rostlin).

Roztřídění odpovědí z dotazníků ukazuje, že v kategorii „SKD“ je 5 lokalit ohroženo znečištěním, 3 projevy eutrofizace, 3 výskytem invazních druhů, 2 nadměrným množstvím sedimentů a jedna navíc i zarůstáním a poškozeními konstrukcí. V kategorii „NKP“ je nejvíce lokalit ohroženo znečištěním (28) a možnou změnou funkčnosti konstrukce (25), v tomto případě se jedná zejména o ohrožení poškození povodněmi a erozními jevy. U 15 lokalit je jejich prostředí ohroženo negativními projevy eutrofizace, v 19 případech je prostředí ohroženo nadměrným množstvím sedimentů. Osm lokalit je ohroženo zarůstáním, 11 výskytem invazních druhů a 11 nálety. V kategoriích památkových rezervací jsou ze sledovaných městských rezervací „MPR“ pouze 4 ohroženy projevy eutrofizace a 4 nálety vegetace. Vodní prvky sledovaných vesnických rezervací „VPR“ ohrožuje znečištění vod, ať už je to znečištění přinášené přítoky, které zahrnuje zejména vnos odpadních vod, ale také erozních smyvů ze zemědělských ploch, anebo znečištění v důsledku uvolňování živin z nadměrného množství deponovaných sedimentů. Jedná se o 15 lokalit z 18, které byly označeny jako „ohrožené“. U 4 lokalit navíc dochází k zarůstání vodních prvků, což je spojené opět s velkým množství sedimentů.

Analýzou odpovědí dotazníkového šetření bylo vytipováno zhruba sedmdesát lokalit (obr. 2) s ohrožením stavu, anebo kvality prostředí vodních prvků.

Na výsledky dotazníkového šetření a zařazení lokalit do dvou skupin „neohrožené“ a „ohrožené“, navázal v letech 2015 a 2016 orientační průzkum na místě. V rámci tohoto průzkumu byl vždy prověřen stav konstrukce vodních prvků, zásobení vodou a další otázky obsažené v dotaznících, a to i s využitím diskuse s pracovníky správy daných památek, nebo území. Také byly z jednotlivých vodních prvků odebírány orientační jednorázové vzorky vody a sedimentů, v nichž byly sledovány výše uvedené parametry, látky a rizikové prvky. Výsledky byly posuzovány s využitím limitní hodnoty koncentrací, uvedených v nařízení vlády č. 401/2015 Sb. a ve vyhlášce č. 257/2009 Sb. Bylo snahou vzorky odebrat v jednom charakteristickém období, konkrétně v letním období, kdy bylo pravděpodobné, že bude zachycen nejméně příznivý kvalitativní stav.

U vzorků vod byly následně z rozborů zjištěny jako problematické parametry: rtuť, celkový fosfor, amoniakální dusík a parametry související s rozvojem fytoplanktonu a samočistícími procesy eliminujícími znečištění (nerozpuštěné látky, TOC, pokles koncentrace rozpuštěného kyslíku a nárůst pH vody). U rtuti byly zjištěny významné koncentrace (mezi 0,3 a 0,9 mg/l) u lokalit v blízkosti hnědouhelných lomů v severních Čechách (Duchcov, Osek) a u tří VPR, kde nebyl možný původ identifikován. Výskyt nadlimitních koncentrací amoniakálního dusíku (nad 0,23 mg/l) a celkového fosforu (nad 0,15 mg/l) spolu často koreloval. Zvýšené koncentrace obou látek byly zjišťovány u lokalit ovlivňovaných vnosem nečištěných komunálních vod. Koncentrace celkového fosforu byly nadlimitní i u mnoha dalších lokalit, konkrétně u 54 vzorků ze 105 analyzovaných.

Analýza sedimentů ukázala, že u 12 vzorků z 38 bylo zjištěno překročení limitní hodnoty některého ze sledovaných těžkých kovů. Jednalo se zejména o limity pro kadmium, arsen a zinek. U arsenu a kadmia to byly lokality v severních a severovýchodních Čechách (Duchcov, Frýdlant, Osek). V jednotlivých případech se dále jednalo o dosažení limitní hodnoty olova a překročení limitní hodnoty mědi (110 mg/kg oproti limitu 100 mg/kg) a kobaltu (zde pouze o 1 mg/kg nad limit 30 mg/kg).

 

 

Obr. 2. Hodnocené památkově chráněné zóny a objekty
Fig. 2. Cultural protected zones and localities assessed by the questionnaire
Vysvětlivky:
Památky SKD: 1 – Litomyšl, zámek; 2 – Kroměříž, zahrady a zámek; 3 – Lednice, zámek; 4 – Holašovice, VPR; 5 – Český Krumlov, historické jádro
NKP: 1 – Klášter premonstrátů Teplá; 2 – Klášter Plasy; 3 – Klášter Kladruby; 4 – Zámek Kozel; 5 – Zámek Horšovský Týn; 6 – Hrad Švihov; 7 – Zámek Červené Poříčí; 8 – Klášter v Oseku; 9 – Zámek Duchcov; 10 – Zámek Libochovice; 11 – Zámek Ploskovice; 12 – Zámek Zákupy; 13 – Zámek Lemberk; 14 – Hrad Grabštejn; 15 – Zámek Frýdlant; 16 – Zámek Veltrusy; 17 – Hradiště Šárka; 18 – Břevnovský klášter; 19 – Zámek Konopiště; 20 – Zámek Orlík; 21 – Klášter premonstrátů v Želivě; 22 – Rožmberská rybniční soustava; 23 – Zámek Třeboň; 24 – Klášter v Broumově; 25 – Zámek v Ratibořicích; 26 – Zámek Nové Město nad Metují; 27 – Zámek Opočno; 28 – Zámek Velké Losiny; 29 – Zámek Lysice; 30 – Zámek Rájec nad Svitavou; 31 – Zámek Jaroměřice nad Rokytnou; 32 – Zámek Milotice; 33 – Zámek Buchlovice; 34 – Valašské muzeum v přírodě; 35 – KP Zámek Slezské Rudoltice; 36 – Bratrský sbor ve Fulneku
PR: 1 – MPR Terezín; 2 – VPR Třebíz; 3 – VPR Ostrovec; 4 – VPR Drahenice; 5 – VPR Dobrovíz; 6 – VPR Záboří; 7 – MPR České Budějovice; 8 – VPR Janovice; 9 – VPR Nosálov; 10 – VPR Mužský; 11 – VPR Vesec; 12 – VPR Bošín; 13 – VPR Křinice; 14 – VPR Křižánky; 15 – VPR Krátká; 16 – MPR Pelhřimov; 17 – MPR Jihlava; 18 – MPR Telč; 19 – MPR Třeboň; 20 – VPR Dešov; 21 – MPR Lipník nad Bečvou
Tabulka 2. Hodnocení ohrožení vodních prvků vybraných lokalit památek světového kulturního dědictví (UNESCO) podle metodiky [12]
Table 2. Threat assessment (by the guidance [12]) of the water elements of the selected localities belonging to the UNESCO World Cultural Heritage

V případě mikrobiálního znečištění bylo ze 40 vzorků již zpracované sady: 18 vzorků s obsahem termotolerantních koliformních bakterií a enterokoků méně než 50 KTJ na gram; 10 vzorků s obsahem termotolerantních koliformních bakterií méně než 1000 KTJ/g a enterokoků méně než 50 KTJ/g; 6 vzorků s obsahem obou typů bakterií méně než 1000 KTJ/g a 4 vzorky nevyhověly. Zbývající dva vzorky obsahovaly méně než 50 KTJ/g termotolerantních koliformních bakterií, ale více než 50 KTJ/g enterokoků (obě hodnoty však byly do 100 KTJ/g). Podle vyhlášky č. 257/2009 Sb. musí pro indikátorové mikroorganismy termotolerantní koliformní bakterie a enterokoky z 5 odebraných vzorků minimálně 2 vzorky vyhovět limitu <1000 KTJ/g a 3 vzorky limitu <50 KTJ/g. Vzhledem k tomu, že byl prováděn průzkumný monitoring, kdy byl odebírán pouze 1 vzorek, je hodnocení pouze orientační. Mikrobiální znečištění se tak jeví podstatnější překážkou pro aplikaci sedimentů v případě nutnosti odtěžení než obsah kovů. Při orientačním průzkumu nebyly z finančních důvodů analyzovány organické polutanty uvedené ve zmíněné vyhlášce. Tyto polutanty budou sledovány až při detailním monitoringu v letech 2017 a 2018 a vyhodnoceny v roce 2019.

Další fází práce bylo provedení detailního posouzení památek zařazených do světového kulturního dědictví (tabulka 2). Na místě byly opět s pomocí pracovníků správy jednotlivých lokalit ověřeny výsledky dotazníkového šetření, provedeny odběry vzorků vod a zpracováno hodnocení podle dílčí části metodického postupu [12].

tabulce 2 uvedené číselné hodnoty 0 až 3 odpovídají těmto definovaným stupňům ohrožení:

  • 0 – žádné ohrožení

Hodnocená lokalita nezahrnuje žádné vodní prvky ani biotopy.

  • 1 – nízké

Nízký stupeň ohrožení stavu dané lokality. Stav odpovídající podmínkám dané lokality, stabilizovaný, bez nutnosti zásahů ke stabilizaci, nebo ke zlepšení současného stavu. Naplánovat průběžné drobné zásahy nutné k udržení stavu, realizovatelné v rámci každoroční údržby.

  • 2 – střední

Střední stupeň ohrožení stavu dané lokality. Vyskytují se kritické jevy vedoucí k ohrožení s potenciálem brzkého narušení stavu, funkčnosti, kvality vodního prostředí, složení biotopů, nadměrného rozšíření invazivních druhů, zhoršení estetické funkce. Naplánovat větší zásahy, realizovatelné během několika let v rámci každoroční údržby, nebo při získání finančních prostředků (dotační programy) ke zlepšení stavu.

  • 3 – vysoké

Kritický stav, nebezpečí trvalého poškození, znehodnocení a degradace. Naplánovat zásahy co nejdříve, maximálně do dvou let. Naplánovat zásahy realizovatelné v rámci každoroční údržby, vedoucí k okamžitému řešení kritické situace. Dále plánovat strategická opatření rozsáhlejšího charakteru měnící celkové nepříznivé podmínky.

Přesný postup zatřídění do uvedených stupňů ohrožení vychází ze zpracování dotazníku (pro posouzení technického a provozního stavu a kvality habitatů) anebo odběru vzorků vod a analýzu veličin trofický potenciál, celkový fosfor, celkový dusík a zatřídění hodnot do vybraných klasifikací, např. [13] pro trofický potenciál. Postup, struktura dotazníků, klasifikační tabulky a návod zatřídění do stupňů ohrožení je součástí práce [12].

Do nejhoršího stupně ohrožení podle kvality vodního prostředí byly zařazeny rybníky nacházející se v zahradách zámků v Kroměříži, v Průhonicích a v Lednicko-valtickém areálu (*), kde se jednalo o rybníky v prostoru vymezeném přibližně sídly Břeclav – Lednice – Sedlec – Valtice a státní hranicí (v tabulce 1 označené jako „další lokality v území“). Na daném stavu se podílel také nevhodný návrh rybích obsádek, produkční chov kapra a doprovodných druhů, a znečištění přítoků do těchto rybníků. Rybníky v Podzámecké kroměřížské zahradě se nachází v nedobrém technickém stavu. Tato situace by se měla v následujících letech zásadně změnit díky plánované rekonstrukci rybniční soustavy v zahradě (ústní sdělení pracovníků NPÚ v Kroměříži). Více lokalit, prakticky ve všech případech se opět jedná o nádrže rybničního typu, bylo ohroženo i rozšiřováním invazivních druhů vegetace a ryb (střevlička východní nebo karas stříbřitý).

Hodnocení eutrofizace vod vzorových vodních prvků

Další částí výzkumu je podrobné sledování kvality vody a sedimentů menší skupiny památkových lokalit, které jsou zobrazeny na mapě (obr. 1). Kvalitativní hodnocení se věnuje zejména posouzení koncentrace nutrientů ve vodě, včetně jejich forem (např. celkový fosfor, fosforečnanový fosfor) a průběhu jejich výskytu během jednotlivých měsíců dvouletého monitoringu 2017–2018. Současně je sledována odezva vodního prostření na míru eutrofizace, změny v kyslíkovém režimu (související i s teplotou vody a aktuálním klimatem), změny v pH, množství a složení biosestonu, výskyt sinic, změny průhlednosti vody atd. Analyzován je i obsah chlorofylu a, feopigmentů a počítán je trofický potenciál. Do příspěvku byly z této části výzkumu zařazeny jako ukázkové lokality různé typy vodních prvků.

Na obr. 3 jsou uvedeny průběhy trofického potenciálu a koncentrace celkového fosforu ve vodě během roku 2017 pro dva malé návesní rybníčky bez ryb na území VPR Krátká u Sněžného. Vtok představuje nátok drenážních vod a prameništní vody do horního rybníčku. Dolní rybníček je již zatížen i difúzními úniky a smyvy z komunikací. Odezvou je rozvoj vláknitých řas během sezony. Poměr rozpuštěného fosforu se pohyboval v průměru od 0,82 (vtok) přes 0,26 (odtok Horní r. – masivní rozvoj vláknitých řas, porosty makrofyt) po 0,49 (odtok Dolní r.).

Obr. 3. Rybníky na území VPR Krátká u Sněžného
Fig. 3. Ponds in the “VPR” protected area (Historic Village) inside the village Krátká (near the Sněžné town)

Na obr. 4 jsou prezentovány průběhy stejných ukazatelů pro dva rybníčky s chovem ryb v zámeckém parku v Rájci nad Svitavou a pro dva okrasné bazény (R-3 bez ryb, porosty makrofyt a vláknitých řas; R-4 s násadou okrasných ryb, lekníny a fontánkou). Podíl rozpuštěného fosforu byl v průměru 0,40 (R-1), 0,53 (R-2), 0,58 (R-3) a 0,34 (R-4).

Obr. 4. Rybníčky (Rájec-1, Rájec-2) a bazény (Rájec-3, Rájec-4) v areálu NKP Rájec nad Svitavou
Fig. 4. Small ponds (Rájec-1, Rájec-2) and basins (Rájec-3, Rájec-4) within the area of “NKP” (National cultural monument) the Rájec nad Svitavou palace

Na obr. 5 jsou uvedeny průběhy ukazatelů pro slabě úživné, prakticky neznečištěné vody, charakteristické nízkými koncentracemi fosforu, bazénů v areálu Květné zahrady v Kroměříži, které jsou napájeny zejména zachycenými srážkovými vodami. Bazény Pstruží zadní a přední mají také po rekonstrukci filtrační systémy, které je možné spustit a okrasné rozstřikovače. V těchto dvou bazénech jsou přítomny okrasné ryby – dospělci Koi kaprů v počtu několika kusů. Letní zvýšení obsahu fosforu ve vodě souvisí pravděpodobně s rozvojem řas (zvýšení obsahu nerozpuštěných látek ve vzorcích, zvýšení zákalu), a to i v důsledku krmení ryb návštěvníky. Podíl rozpuštěného fosforu byl ve Pstružích nádržích v průměru 0,27, resp. 0,26 (s letními maximy 0,5 až 0,9), a v Ptáčnici 0,15 (letní maximum 0,5).

Poslední uvedenou lokalitou (obr. 6) je soustava větších rybníků propojených kanály, které přivádí vodu z řeky Moravy, v areálu Podzámecké zahrady v Kroměříži. Rybníky Dlouhý a Chotkův jsou využívány pro produkční chov ryb místní organizací MRS s každoročními výlovy.

Divoký rybník má neřízenou rybí obsádku z důvodu zanesení sedimenty a obtížnému vypuštění a slovitelnosti. Podíl rozpuštěného fosforu se v roce 2017 pohyboval v průměru od 0,75 (přítokový kanál do zahrady) po hodnoty 0,41 (Divoký r.), 0,44 (Dlouhý r.) a 0,52 (Chotkův r.). V přítoku byl poměr 0,7 až 0,9 ve všech měřeních od března do listopadu. V Divokém r. byl poměr také stabilní 0,3–0,4. V obou chovných rybnících se pohyboval mezi 0,3 a 0,4 s maximy v květnu (0,7) a v červenci (0,6, resp. 0,7). Přítok vykazuje také celosezonně nejvyšší trofický potenciál ze všech uvedených vzorových situací. Nejvyšší hodnoty celkového fosforu, ale i fosforečnanového fosforu, byly zjištěny v červenci (Dlouhý a Chotkův) anebo v srpnu (Divoký).

Možnosti ovlivnění kvality prostředí vodních prvků

Ovlivnění kvality prostředí je možné jak osvědčenými a používanými postupy, tak i řízením biologických procesů. Používané postupy zahrnují recirkulaci a filtraci vody, což se uplatní spíše pro formální vodní prvky. Tato řešení jsou pro ně rozpracována např. v příručce [3]. Dále se jedná o manipulaci s vodou, její výměnu anebo zajištění dostatečného průtoku a ředění znečištění, tedy postupy využitelné pro formální i neformální vodní prvky. V některých případech je možné v rámci rekonstrukce změnit zdroj vody. U menších vodních prvků lze ovlivnit, respektive omezit projevy eutrofizace vody, zákal, zbarvení vody, výskyt tzv. vodního květu, zarůstání, aplikací chemických přípravků pro ošetření anebo desinfekci vody. Zlepšení stavu může významně přispět odbahnění a samozřejmě řešení znečištění přitékajících vod a vnos splavenin úpravami v povodí, což pravděpodobně přesáhne vždy možnosti správy dané památkově chráněné lokality, nebo objektu.

Obr. 5. Bazény v areálu Květné zahrady v Kroměříži
Fig. 5. Basins of the “Květná” (Flower) garden in the Kroměříž town

Specifická problematika množství, kontaminace a možností odstranění a uložení sedimentů vodních nádrží, v přeneseném významu i vodních prvků kulturních památek historických sídel, je celosvětovým problémem [14] a i v podmínkách České republiky je upravena legislativou (vyhláška č. 257/2009 Sb., o používání sedimentů na zemědělské půdě). V případě, že sediment kvalitou nesplňuje požadavky této vyhlášky, je nutné jeho uložení na skládky, což s sebou nese velké finanční prostředky. Proto je snahou řešit množství a i složení sedimentů pomocí jiných technologií, než je bagrování a následné deponování sedimentů [15–17]. Novými postupy, které se postupně rozšiřují, je využití biochemie a biotechnologií spočívajících v aplikaci biologicko-enzymatických preparátů, které mohou příznivě ovlivnit složení sedimentů a jejich množství [18, 19]. Pro studium vlastností preparátů a jejich účinností jsou využívány mikrobiologické metody a také stanovování změn koncentrací ukazatelů kvality vody (zejména obsah nutrientů) a složení biosestonu (v návaznosti na kompetici bakterií s řasami) – např. [20]. Biologické enzymaticko-bakteriální preparáty, šetrné chemické preparáty, založené na uvolnění biomasy vláknitých řas, mohou pravděpodobně při pravidelném používání účinně zlepšit vlastnosti vodního prostředí prvků, menších bazénů a nádrží, včetně potlačení rozvoje vodního květu, jak je dokumentováno na obr. 7, který zobrazuje stav dvou identicky velkých pokusných poloprovozních nádrží (o ploše cca 15 m2 a objemu cca 8 m3), napájených stejným množstvím vody, stejného původu (říční voda), na jejichž dně byla na začátku sledování vrstva sedimentů převážně organického charakteru o tloušťce cca 10 cm. Pro potvrzení dosavadních zjištění je však třeba sledování dalších pokusných aplikací.

Obr. 6. Soustava rybníků v areálu Podzámecké zahrady v Kroměříži
Fig. 6. Pond system of the “Podzámecká” (The Chateau Garden) garden in the Kroměříž town

Další možnosti pro omezení rozvoje řas a následného nechtěného zákalu vody nabízí využití mokřadních a vodních druhů rostlin, i s okrasnou funkcí, které konkurují fytoplanktonu odběrem dusíku a fosforu z vody. Běžně jsou využívány různé druhy leknínů. Potenciál představuje využití plovoucích ostrovů s okrasnými druhy mokřadních rostlin. Volně plovoucí vodní rostliny jsou v zahraničí používány ke snížení nerozpuštěných a organických látek v odpadních a znečištěných povrchových vodách. Tyto systémy mohou dosahovat efektivního odstraňování nerozpuštěných látek a organické hmoty (např. řas) pomocí stínění, snížení větrného a tepelného mísení apod. [21]. Publikované údaje o čisticí účinnosti ukázaly odstranění 33–68 % CHSK, 66–95 % NL, a 24–61 % Pcelk. Je pravděpodobné, že tyto ostrovy mohou najít uplatnění u kašen, menších bazénů a jezírek.

Možnosti využití uvedených biochemických a biotechnických postupů jsou v rámci výzkumu sledovány v období 2017 až 2019, a to včetně aplikace na reálných vodních prvcích s různým pohybem vody (s doplňováním vody po úbytku výparem, s recirkulací vody, s průtočným systémem napájení), s cílem ověření poloprovozních poznatků (viz obr. 7).

Ryby jsou jedním z klíčových prvků vodních ekosystémů a jsou tak i důležitým indikátorem jejich ekologické kvality [22]. Rybí obsádka je přirozenou a nedílnou součástí vodních ekosystémů a hraje tudíž významnou roli ve fungování potravních vztahů v nich a tím i vývoji podmínek prostředí. Obecně platí, že v nádržích s vysokou biomasou planktonofágních ryb (většinou drobných kaprovitých druhů) je zooplankton tvořen drobnými druhy a jedinci o nízké biomase, a fytoplankton je bohatě rozvinut (nízká průhlednost). Naopak při nízké biomase ichtyofauny v nádrži převažují v zooplanktonu velké filtrující dafnie, fytoplankton je velmi chudý a průhlednost vysoká.

Ve vodních prvcích, které jsou součástí památkových objektů, jejich zahrad, nádvoří apod., je úloha ryb často podceněna a kvalita vody v nich je mnohdy nevhodným, často i nelegálním nebo nekontrolovaným vysazováním ryb degradována. Mnohdy dochází k jejich kolonizaci nežádoucími invazními (střevlička východní – Pseudorasbora parva, karas stříbřitý – Carassius gibelio) nebo nepůvodními druhy ryb (amur bílý – Ctenopharyngodon idella), které mají negativní vliv na podmínky prostředí v nich. Nevhodné složení a množství rybí obsádky vede k nepříznivé kvalitě vodního prostředí, tvorbě zákalu spojenému s uvolňováním živin, využívaných sinicemi a dalšími řasami [23].

Formování rybí obsádky nádrží v areálech kulturních památek by mělo být orientováno na vytvoření takového stavu, kdy rybí obsádka nebude mít zásadní negativní vliv na kvalitu vody v nich. V praxi to znamená vytvořit s ohledem na specifické podmínky jednotlivých objektů předpoklady pro dosažení preferovaného stavu, kterým může být např. zajištění dobré průhlednosti („čistoty“) vody, přiměřeného rozvoje submerzní (ponořené) a/nebo emerzní (vynořené) vegetace, případně výskyt okrasných (barevných) forem ryb. Velmi pravděpodobně však bude žádoucí i jejich kombinace (nádrž s čistou vodou, rostlinami a okrasnými rybami).

Diskuse a závěr

Vodní prvky představují významnou součást prostředí kulturních památek a památkových zón a rezervací. Pro plnění požadovaných funkcí, které mohou zahrnovat společenské, ale i environmentální funkce, je nutné, aby byly v odpovídajícím cílovém stavu. Tento stav zahrnuje jak stavebně – technický stav, tak i kvalitativní stav.

Kvalitativní stav můžeme rozdělit na: i) kvalitu vodního prostředí, v metodice [12] prezentované částí II, která se věnuje posouzení míry eutrofizace (znečištění) vodního prostředí, ii) kvalitu biotopů vázaných na vodní prostředí, které jsou v interakci s vodními prvky. Zde je nutné posoudit výskyt invazních druhů rostlin a ryb. Výsledkem takového průzkumu může být návrh doporučení pro úpravu hospodaření s rybí obsádkou (řešitelné dohodou s nájemci, zavedením dravých ryb apod.), pro nakládání se sedimenty a pro úpravu zdrojů vody (což nemusí být vždy v silách a možnostech správy objektů).

Obr. 7. Rozdíl mezi průhledností vody nádrže bez aplikace biopreparátu (vlevo, sinicový vodní květ) a s aplikací biopreparátu během vegetační sezony (vpravo)
Fig. 7. Differences of the water transparence between basin without biological preparation application (left, blue algae surface film) and basin with biological preparation application during vegetation period (right)

Obdobný metodický postup pro rámcové zjištění situace, v tomto případě stavu a kvalitě vodních prvků, uvádí Lindblom [24], a to pro problematiku přístupu a hodnocení ohrožení památkově chráněných objektů v procesu posuzování vlivů na životní prostředí. Přístup je založený na podrobném dotazníkovém šetření. Jiný postup hodnocení kvality prostředí pomocí objektivních a subjektivních kritérií, včetně využití mapových podkladů a protokolů, uvádí Ehrenfeld [25].

Pro posouzení ohrožení vodních prvků se ukázalo jako potřebné doplnění dotazníkového šetření, provedeného distančně, místním ověřením stavu a provozu prvků, kvality prostředí měřením vybraných parametrů kvality vodního prostředí [26], záznamem výskytu invazních druhů rostlin, průzkumem složení rybí obsádky a početnosti, včetně invazních druhů ryb [27–29] a vedle výpočtu trofického potenciálu vody [13], také rámcovým průzkumem složení fyto- a zooplanktonu.

Kvalita vody se v malých nádržích a rybnících často zásadně mění, podle míry znečištění dochází ke změnám pozitivním, v případě silného organického zatížení přítoku (dočištění samočistícími procesy), tak negativním v případě neznečištěného přítoku [30, 31]. V práci [32] autoři identifikovali jako hlavní tlaky působící negativně na malé vodní nádrže: skládkování v povodí, vnos znečištění odpadními vodami, vnos znečištění drenážními systémy; dále sousedství se zemědělsky obhospodařovanou půdou, chov ryb a rybářství. Také v případě námi sledovaných lokalit jsou tyto tlaky hlavními příčinami ohrožení s následkem nevyhovujícího stavu, včetně nevhodného estetického působení, které je důležitým faktorem vnímání návštěvníky památkově chráněných objektů, areálů a území.

Terénní šetření provedené v letním období roku 2016 také pomohlo nastavit rozsah detailního monitoringu osmnácti lokalit (1× SKD-VPR, 2× VPR, 4× SKD-NKP, 10× NKP, 1× KP), který je prováděn od začátku roku 2017 s plánovaným ukončením v prosinci 2018. Poznatky z poloprovozních pokusů a dvouletého šetření na vybraných, do jisté míry vzorových, lokalitách, budou využity při formulování doporučení pro správu památek, pro úpravy managementu vodních prvků.

Poděkování

Výsledky byly získány za finanční podpory projektu DG16P02M032 z výzvy NAKI II Ministerstva kultury ČR „Neinvazivní a šetrné postupy řešení kvality prostředí a údržby vodních prvků v rámci památkové péče“.

Posted by & filed under Hydraulika, hydrologie a hydrogeologie.

Souhrn

Článek představuje dvě rozdílné metody měření rýhové eroze, která patří k častým důsledkům extrémních srážkových úhrnů. Na vybrané lokalitě, postižené výraznou rýhovou erozí, byly pomocí volumetrické kvantifikace a blízké fotogrammetrie zdokumentovány projevy eroze způsobené přívalovými srážkami. Volumetrická kvantifikace je metodou přímého měření terénu. Pomocí speciálního zařízení – erodoměru – jsou ve vybraných místech zaměřeny příčné profily průběhu terénu, na základě kterých je pak vypočítána celková hodnota rýhové eroze. Metody blízké fotogrammetrie jsou založeny na snímkování zájmové lokality pomocí bezpilotního letadla. Pořízené fotografie následně slouží k vytvoření digitálního modelu terénu (DMT), jeho analýzou je poté zjištěn objem erodovaného materiálu. Srovnání těchto postupů pak proběhlo s využitím příčných řezů terénem vyneseným fotogrammetrií v místech fyzického měření erodoměrem.

Úvod

Rýhová eroze patří v našich podmínkách k rozšířenému typu poškození půdy. Tento typ vodní výmolové eroze ohrožuje zejména svažité zemědělské pozemky. Míra ohrožení stoupá, pokud je povrch půdy bez vegetačního pokryvu, případně s výsadbou širokořádkových plodin (kukuřice, řepa, brambory apod.). Spouštěčem rýhové eroze bývá nejčastěji přívalový déšť. Srážky nejprve odtékají po povrchu, následně se soustřeďují do jednotlivých rýh a celá situace může vyústit v soustředěný odtok vody. Při tomto jevu dochází k odnosu nejúrodnější části půdy a poškození daného zemědělského pozemku, případně i odnosu sadby.

Kvantifikace odnesené půdy slouží ke stanovení přímých škod způsobených na pozemku, kdy vlivem eroze dochází k odstraňování úrodné orniční vrstvy a tím ke snižování produkční schopnosti půdy. Zhoršují se její fyzikální, biologické ale i chemické vlastnosti půdy [1].

Měření eroze půdy je možné provádět pomocí volumetrické kvantifikace s využitím tzv. erodoměru – přístroje pro záznam průběhu povrchu půdy ve vybraném profilu. Toto zařízení bylo nejprve využito pro stanovení ztráty půdy, ke které došlo při těžbě dřeva [2]. Dále byl erodoměr používán v různých modifikacích. Například v hornatých oblastech Blaney a Warrington [3] pracovali s erodoměrem, který zaměřoval pouze deset bodů pro jeden příčný profil. V České republice začal erodoměr pro stanovení objemu odnesené půdy využívat tým v Ústavu vodního hospodářství krajiny Fakulty stavební VUT v Brně pod vedením profesora Dumbrovského [4, 5], kde stále probíhá vývoj přístroje i postupů zaznamenávání a vyhodnocení erozních odnosů půdy při rýhové erozi.

Obr. 1. Snímkování erozní rýhy pomocí bezpilotního letadla
Fig. 1. Photographing of the erosion rill with unmanned aircraft

Nepřímou metodu stanovení objemu eroze představují bezpilotní letecké prostředky (UAV), které mohou být používány k dálkovému průzkumu Země (DPZ) a umožňují sledování objektů a zemského povrchu bez přímého fyzického kontaktu [6]. UAV v dnešní době umožňují přesné, rychlé a relativně levné podklady pro vyhodnocení eroze na zemědělských plochách. Díky metodám fotogrammetrie a SfM (Structure from Motion) je možné zpracovat sadu neuspořádaných a různě se překrývajících snímků a rekonstruovat tak trojrozměrné modely, ze kterých lze následně měřit parametry erozních rýh (hloubka, šířka, délka) a stanovit objem odnesené půdy či vytvářet 3D modely současného i původního terénu. Metodami SfM se podrobně ve své práci zabývá například Westoby a kol. [7].

UAV byly pro monitoring časových změn půdního povrchu a intenzity eroze půdy využity např. v letech 2012 a 2013 Eltnerovou a kol. [8]. Další studie od Pierzchala [9] využila snímkování pomocí bezpilotních letadel ke sledování objemu přemístěné zeminy při těžbě dřeva. V České republice se pak na výzkum erozního poškození půd pomocí metod DPZ zaměřuje ve své práci Vláčilová a Krása [10]. V současnosti se pak optimalizací monitoringu eroze zemědělské půdy a postupy kvantifikace erodovaného materiálu s využitím bezpilotních letadel zabývá například Katedra hydromeliorací a krajinného inženýrství ČVUT v Praze ve spolupráci s Výzkumným ústavem meliorací a ochrany půdy, v. v. i., a Českým hydrometeorologickým ústavem v projektu s názvem Vývoj automatizovaného nástroje pro optimalizaci monitoringu eroze zemědělské půdy pomocí distančních metod.

Brněnské pracoviště Výzkumného ústavu vodohospodářského T. G. Masaryka, v. v. i., provádí výzkum v oblasti možného stanovení míry odnosu erodovaného materiálu ze zemědělsky využívaných ploch pomocí metod digitální fotogrammetrie a volumetrické kvantifikace s následným porovnáním získaných výsledků. Tento příspěvek popisuje první výsledky záznamu rýhové eroze a jejího vyhodnocení pomocí výstupů dvou výše uvedených metod na vybrané pilotní lokalitě.

Materiály a metody hodnocení

Metody digitální fotogrammetrie

K měření rýhové eroze pomocí bezpilotního letadla se využívá metody blízké fotogrammetrie. Vlastní postup se skládá ze snímkování povrchu terénu, následného zpracování pořízených snímků a vytvoření podrobného digitálního modelu terénu, ze kterého se provede výpočet objemu odnesené půdy [11].

Snímkovaná zájmová oblast musí být před vlastním vzletem bezpilotního letadla (obr. 1) vyznačena vlícovacími body (obr. 2), které je nezbytné přesně polohově zaměřit pomocí geodetických přístrojů. Naměřené souřadnice vlícovacích bodů a jejich nadmořské výšky slouží k případné korekci nepřesností vlastních snímků a ke georeferencování vytvářeného modelu terénu. U pořízených snímků terénu je nezbytný překryv z 60–80 %. Jen tak je zabezpečeno bezproblémové spojení získaných fotografií, které usnadní další dílčí zpracování dat a zvýší přesnost konečného výsledku.

Po práci v terénu následuje již vlastní zpracování snímků metodou SfM pomocí specializovaného softwaru (např. Agisoft PhotoScan Professional). Program je schopen identifikovat polohy, směry a náklony fotoaparátu umístěného na bezpilotním letadle [12]. Výstupem jsou data ve formátu ASCII nebo bodová vrstva s XYZ souřadnicemi, které je možné dále zpracovávat v prostředích GIS. Zde lze zvolit ideální velikost rozlišení modelu, který se pro samotné zpracování může stát zásadním. Samotný výpočet objemu erozních rýh je pak založen na stanovení objemu prostoru mezi teoretickým původním terénem a terénem po odnosu půdy, který byl zaměřen bezpilotním letadlem a následně vymodelován. Podobnými postupy a využitím UAV při kvantifikaci objemů erodovaného materiálu se věnuje ve své publikaci Glendell a kol. [13].

Metoda přímé volumetrické kvantifikace

Volumetrická kvantifikace rýhové eroze na ploše pozemku představuje metodu přímého měření průběhu terénu. Pro jeho zaznamenání je využíván erodoměr – zařízení umožňující zaměření příčného profilu průběhu terénu. Použitý typ měřicího zařízení byl vyvinut v Ústavu vodního hospodářství krajiny Fakulty stavební VUT v Brně [4]. Při kvantifikaci rýhové eroze se záznam průběhu terénu provádí ve čtvercovém rámu o rozměru 2 × 2 m (obr. 3), v němž je vyneseno pět profilů v celé šířce čtvercového pole v pravidelných vzdálenostech (cca 0,33 m). Čtvercový rám s erodoměrem je umísťován na erozí zasažený svah. Povrch půdy vyznačují jehlice v celé šířce erodoměru (1 m), jejichž horní části po spuštění na terén kopírují průběh povrchu půdy. Ten je zdokumentován pomocí fotoaparátu a převeden do digitální podoby ve formě grafu, který dále slouží ke stanovení objemu erozních rýh [5].

Vyhodnocení erozního odnosu na pilotní lokalitě Šardice

Katastr obce Šardice (okres Hodonín) byl v únoru 2017 postižen erozí z náhlého tání sněhu, kdy vznikly poměrně výrazné souběžné erozní rýhy. Lokalita se nacházela jižně od intravilánu obce nad Šardickým potokem s půdami o hlavní půdní jednotce (HPJ) 08, popsané jako černozemě modální a černozemě pelické, hnědozemě, luvizemě, popř. i kambizemě luvické, smyté. Následky eroze byly dokumentovány jak přímou metodou volumetrické kvantifikace (erodoměr), tak i s využitím blízké fotogrammetrie (UAV).

Obr. 2. Zájmová lokalita s vyznačenými vlícovacími body
Fig. 2. The location of interest with marked ground control points

Nejprve bylo metodou přímého měření zaznamenáno 25 příčných profilů erozních rýh – v pěti čtvercích (2 × 2 m) rozmístěných tak, aby zachytily výrazné projevy rýhové eroze. Vlícovacími body pro snímkování pomocí UAV byla jednak vymezena zájmová oblast, ale také i vrcholy jednotlivých měřících čtverců pro volumetrickou metodu (obr. 4). Na základě terénního průzkumu, velikosti snímaného území a požadované přesnosti výsledků byla pro pilotní lokalitu optimální výška letu stanovena na 10 m nad terénem. Z pořízených snímků byl vytvořen DMT povrchu půdy a v místech, kde probíhalo přímé měření pomocí erodoměru, byly vytvořeny příčné řezy DMT pro následné porovnání. V případě pilotní lokality byla velikost pixelu modelu DMT určena na velikost 1 cm, tato vzdálenost odpovídá rozlišení při metodě volumetrické kvantifikace.

Obr. 3. Záznam průběhu terénu pomocí erodoměru s využitím čtvercového pole
Fig. 3. Record the terrain course using the soil erosion bridge with the use of a square field

Výsledky a diskuse

Základním výstupem volumetrické metody je záznam jednotlivých příčných profilů erozních rýh (obr. 5). Pro srovnání obou metod bylo nezbytné vynést z fotogrammetrických výstupů shodné příčné profily (umístění, rozsah). Srovnání výstupů získaných oběma metodami ukazuje dobrou shodu v průběhu těchto linií (obr. 6). Z jednotlivých příčných profilů je zřejmé, že výsledky získané metodou blízké fotogrammetrie shlazují do určité míry tvar terénu, a to především v případě kolmých stěn erozních zářezů.

Obr. 4. Ortofoto snímek a DMT erozních rýh s vlícovacími body pro jeden ze čtverců měřených erodoměrem
Fig. 4. Ortofoto image and DMT erosion rill with ground control points for one of the squares measured by a soil erosion bridge

Dosavadní zkušenosti uváděné v literatuře předpokládaly, že odhad objemu erodovaného materiálu měřeného přímou metodou pomocí erodoměru bude až dvojnásobný ve srovnání s postupy blízké fotogrammetrie (bezpilotní letadlo) [10]. První srovnání výstupů z pilotní lokality v Šardicích tyto předpoklady nepotvrzují, průběh příčných profilů ve čtyřech z pěti měřených čtverců vykazují dobrou shodu. K vyneseným řezům byl pro prvotní stanovení odnosu ze čtverců při hodnocení volumetrické kvantifikace vynesen řez z digitálního modelu reliéfu ČR 5. generace [14]. Následný odnos ze čtverce byl stanoven rozdílem ploch v profilech přepočtených na plochu. Odhad objemu erodovaného materiálu při blízké fotogrammetrii byl stanoven přímo pro plochu každého čtverce, jako rozdíl dvou DMT. První výpočty odnosu uvádí tabulka 1. Z tabulky vyplývají u 4 z 5 čtverců minimální rozdíly při srovnání výsledků stanoveného odnosu půdy. Významnost shody obou metod bude následně stanovena obvyklými statistickými metodami a další kroky výzkumu povedou k hledání postupů ke zpřesnění vyčíslení objemu odneseného materiálu oběma metodami.

Obr. 5. Příčné profily erozních rýh získané pomocí erodoměru
Fig. 5. Cross profile of erosion rills obtained by using a soil erosion bridge

 

Obr. 6. Srovnání příčných profilů erozních rýh získaných pomocí volumetrické kvantifikace (erodoměr) a bezpilotního letadla (blízká fotogrammetrie)
Fig. 6. Comparison of transverse profiles of erosion rills obtained by volumetric quantification (soil erosion bridge) and unmanned aircraft (close-up photogrammetry)

První srovnání výstupů obou metodik tak ukazuje, že postupy založené na leteckém snímkování mohou být považovány za rovnocenné přímým metodám. Pro jejich širší uplatnění hovoří také, že poskytují spojitý obraz erozní rýhy v celém jejím průběhu. Je třeba mít na paměti shlazování kolmých stěn erozních zářezů při tvorbě digitálního modelu terénu z orotofoto snímků. Nicméně i metoda volumetrické kvantifikace má svá omezení, kdy může docházet ke zkreslení reálných hodnot při zaznamenávání průběhu terénu pomocí fotoaparátu a jeho následnou interpretaci. Navíc její pracnost a časová náročnost omezuje počet prováděných měření. Podrobné srovnání pozitiv a negativ obou metod je uvedeno v tabulce 2. Další práce v této oblasti budou zaměřeny na možnosti stanovení celkového objemu erodované půdy. Pro obě metody je třeba vyřešit stanovení základní roviny povrchu výchozího terénu před erozní událostí, a to jak její celkový průběh, tak také její vertikální umístění v získaných řezech terénu s projevem eroze.

Tabulka 1. Hodnoty průměrné ztráty půdy z profilů vynesených terénem v absolutních hodnotách v m3 pro jednotlivé čtverce
Table 1. Average soil loss values ​​from terrain profiles in absolute values ​​in m3

V současné době jsou za účelem stanovení průběhu původního terénu ověřovány možnosti využití digitálního modelu reliéfu ČR 5. generace [14], a to jak v jednotlivých příčných profilech, tak i na celkové ploše pozemku. Další možností, jak stanovit průběh původního povrchu terénu, je zaměření pozemku po zapravení erozních projevů zemědělskou technikou pomocí digitální fotogrammetrie.

Tabulka 2. Srovnání výhod a nevýhod jednotlivých stanovení
Table 2. Comparison of advantages and disadvantages of individual determinations

Závěr

Erozní procesy mají za následek odstraňování úrodné orniční vrstvy a tím i snižování produkční schopnosti půdy. Stanovení objemu odneseného materiálu představuje jednu z možností vyčíslení přímých škod způsobených na pozemku. Pro stanovení objemu odnesené půdy je možné využít jak přímou volumetrickou metodu pomocí erodoměru, tak také i metody blízké fotogrammetrie pomocí bezpilotního letadla (UAV).

Na pilotní lokalitě v katastrálním území obce Šardice (okres Hodonín) byly pomocí obou uvedených metod zaznamenány projevy eroze z tání sněhu v roce 2017. Hlavním cílem bylo posouzení přesnosti výstupů získaných metodou blízké fotogrammetrie ve srovnání s výstupy z měření erodoměrem. Srovnání prvních výsledků ukázalo, že metody blízké fotogrammetrie poskytují srovnatelné výstupy (průběh příčných profilů terénu) jako záznam erodoměrem. V dalších krocích budou hledány postupy pro zpřesnění stanovení objemu odneseného materiálu pomocí obou metod. Pokud by se prokázalo, že metody blízké fotogrammetrie poskytují dostatečně spolehlivé a přesné výsledky, umožnilo by to širší využití těchto postupů. Jedná se o efektivní, flexibilní, ekonomický i ekologický způsob sběru dat s vysokou přesností. Určitou nevýhodou bezpilotních letadel je v současné době slabá výdrž baterií a s tím spojený omezený dolet stroje a také značná závislost na vhodných povětrnostních podmínkách pro provoz UAV.

Kombinace metod blízké fotogrammetrie a volumetrické kvantifikace tak jak jsou prezentovány, může přispět k lepšímu poznání míry poškození zemědělské půdy erozními jevy. Bezkontaktní postupy navíc umožní získání spojité informace o následcích eroze na velkých plochách v relativně krátkém čase.

Poděkování

Příspěvek vznikl za podpory projektu CZ.07.1.02/0.0/0.0/16_023/0000118 Voda pro Prahu řešeného v rámci operačního programu Praha – Pól růstu ČR.

Posted by & filed under Informatika, kartografie ve vodním hospodářství.

Souhrn

Příspěvek přináší souhrn vstupních informací o výzkumném projektu Věžové vodojemy – identifikace, dokumentace, prezentace, nové využití. Ten se zabývá vývojem věžových vodojemů na dnešním území České republiky od počátků jejich vzniku až do současnosti. V první části příspěvku je vymezena základní terminologie problematiky a v návaznosti na ní i objekt zájmu výzkumu. Druhá část pak přináší přehled východisek výzkumu, zajištění a přehled zdrojů jeho primárních dat a také ve stručnosti dosavadní zpracování problematiky. Ve třetí části jsou vysvětleny zvolené výzkumné metody a krátce shrnuty plánované výstupy.

Úvod

Stavební, technologický a architektonický vývoj věžových vodojemů na našem území nebyl doposud systematicky a vědecky zpracován. Projekt Věžové vodojemy – identifikace, dokumentace, prezentace, nové využití, který je řešen v rámci programu Národní a kulturní identity (NAKI II) Ministerstva kultury ČR, se snaží tuto mezeru vyplnit. Příjemcem projektu je Výzkumný ústav vodohospodářský T. G. Masaryka, v. v. i., spoluřešitelem České vysoké učení technické v Praze, Fakulta stavební.

Obr. 1. Věžový vodojem Nebužely (archiv projektu, 2007) – takto konstruované vodojemy bývají někdy mylně označovány za „nadzemní“; podobný objekt bychom našli např. v obci Ločenice-Nesměň
Fig. 1. Water tower Nebužely (project archive, 2007) – the water reservoirs thus constructed are sometimes mistakenly referred to as “overground“; a similar object would be found in the village Ločenice-Nesměň

Přestože nebylo téma doposud adekvátně zpracováno, navazujeme v projektu na některé badatelské aktivity z dřívější doby. Na většině projektů již dříve spolupracovali autoři příspěvku. Jmenovitě se jedná zejména o práci Roberta Kořínka prezentovanou v populární formě ve webové databázi věžových vodojemů nebo vědecký projekt NAKI stejného autora ve spolupráci s Martinem Vonkou, který se zabýval komínovými vodojemy [1, 2]. Současný projekt ale šíří svého záběru, použitou metodou výběru objektů i samotného výzkumu a plánovanými výstupy zásadním způsobem problematiku rozšiřuje a překonává.

Cílem projektu je vytvoření evidence věžových vodojemů a podrobná dokumentace vybraných objektů. Na nich budou zevrubně popsány hodnoty, které je činí z různých důvodů zajímavými. Zároveň se však může jednat o aspekty zobecnitelné i na další stavby. U zvolených věžových vodojemů, které ztratily svou předchozí funkci, budou navrženy nové možnosti jejich využívání. Realizace výsledků projektu by tak měla zároveň přinést nástroje pro dokumentaci, popularizaci a ochranu typologicky specifické skupiny ohrožených a mizejících objektů stavebního dědictví. Řešení projektu má také posloužit pro zvýšení povědomí o problematice v odborných kruzích, ale zároveň ji popularizovat mezi laickou veřejností a samotnými majiteli.

Předkládaný příspěvek představuje vymezení objektu našeho zájmu, včetně jeho nutného terminologického definování. Ve stručnosti přináší přehled východisek s přehledem dosavadního zpracování problematiky. Především se však zabývá zvolenou metodou výzkumu s podrobným rozebráním jednotlivých metod práce a jejich přínosu pro realizaci výsledků.

Odborná terminologie a vymezení objektu výzkumu

Terminologie a výběr objektů

Na počátku řešení projektu bylo nutno podrobit rozboru a stanovit základní odbornou terminologii. Na základě jejího ujasnění proběhl následně i výběr dotčených objektů.

Vodárenství je jakožto technický obor zabývající se jímáním, odběrem, úpravou, akumulací, dopravou a rozvodem vody pro potřeby obyvatelstva, průmyslu a zemědělství postaven na používání správných termínů a definic. Odborná terminologie, která se v souvislosti s věžovými vodojemy nejčastěji používá, prošla od dob prvních vodohospodářských staveb dlouhým vývojem. Ten nebyl vždy jednotný. Navíc nevznikla doposud žádná metodická příručka, jaké termíny při výzkumu vývoje těchto objektů používat. Historicky se mění nejen označování staveb v soudobé literatuře a pramenech, ale stejně tak je terminologie roztříštěná v současných pracích, které se zabývají jak historickými, tak dobovými stavbami.

Obr. 2. Věžový objekt čerpací stanice v Hoříněvsi nesloužil k nesení nádrže (Jiří Polák, 2016)
Fig. 2. The tower object of the pumping station in Hoříněves did not serve to sustain of the reservoir (Jiří Polák, 2016)

Ve starší odborné literatuře se můžeme setkávat s pojmem vodní (vodná) věž, např. ve zprávě o vodojemu Starého Města pražského z roku 1431, kde se uvádí, že „vyhořela věž vodná mistra Petra ode dna“ [3]. Ottův slovník naučný užívá na konci 19. století pro vodojem původem francouzské slovo bassin [4]. Profesor Českého vysokého učení technického v Praze Ing. Dr. Jan Vladimír Hráský, jeden z nejvýznamnějších projektantů vodovodních systémů první poloviny 20. století na našem území, používá ve své literatuře pojmu vodojmy, přičemž tyto stavby rozlišuje na „v zemi zapuštěné, nadzemní a ekvivalentní stavby vodojmové“. Nadzemní vodojemy pak dále dělí na „vodojmy o nízké podezdívce, věžové, vodojmy na továrních komínech, vodojmy na dřevěných lešeních a vodojmy v budovách“ [5]. Technický slovník naučný z roku 1938 rovněž uvádí pojem vodojmy a věžové vodojmy [6]. Jednotná není v tomto směru ani současná literatura. Kupříkladu Jaroslav Jásek si všímá náročnosti sjednocení výrazů, termín věžové vodojemy pak ale trochu nepřesvědčivě zaměňuje s již zmíněným historizujícím výrazem vodní věž [7]. Obdobně nejasně pracují s terminologií i další práce.

Pro tento neukotvený stav jsme se při řešení projektu rozhodli v převážné míře vycházet z termínů daných platnými normami ČSN 75 5355 Vodojemy a ČSN 75 0150 Vodní hospodářství – Terminologie vodárenství.

Hlavní pojmy dané normou pro vodojemy jsou:

  • vodojem – objekt pro akumulaci vody;
  • věžový vodojem – vodojem, pro dosažení potřebné hydrostatické výšky hladiny umístěný na vlastní nosné konstrukci;
  • akumulační nádrž – část vodojemu, která slouží k akumulaci vody [8].

Norma pro vodárenskou terminologii pak tyto hlavní pojmy definuje:

  • vodojem – samostatný objekt pro akumulaci vody skládající se ze dvou nebo více nádrží a z jedné nebo více manipulačních komor; vodojem s jednou nádrží se navrhuje výjimečně v odůvodněných případech;
  • věžový vodojem – vodojem, jehož nádrže jsou umístěny na nosné konstrukci nad terénem;
  • nádrž vodojemu – jednotlivá nádrž na akumulaci samostatně napojená na manipulační komoru vodojemu [9].

Vodojemy zajišťovaly (a dodnes zajišťují) následující funkce:

  • vyrovnávací – spočívající ve vyrovnání rozdílu mezi rovnoměrným přítokem ze zdroje vody a nerovnoměrným odběrem spotřebiště;
  • tlakovou – spočívající v zajištění potřebného hydrostatického a hydrodynamického tlaku ve spotřebišti;
  • rezervní – pro případ přerušení dodávek vody a poruch ve zdrojové a přítokové části systému;
  • protipožární [10].

Jako věžové vodojemy tak vnímáme samostatné objekty k akumulaci vody, jejichž nádrže jsou umístěny na nosné konstrukci nad terénem. Vymezení terminologie je rovněž důležité z hlediska výběru věžových vodojemů k podrobnější dokumentaci. Příkladem může být stavba u obce Nebužely (okres Mělník), jejíž nádrž je nesena poměrně nízkou konstrukcí (obr. 1). Dno nádrže se nachází přibližně jen 3 m nad okolním terénem a objekt se příliš neliší od staveb nadzemních vodojemů. Vzhledem k výše uvedené definici se ale jedná skutečně o vodojem věžový, a takto realizované stavby jsou tudíž taktéž součástí řešení projektu.

Pro věžové vodojemy se i dnes běžně užívá pojmu vodárenská věž. Ten se vžil zejména právě u starších objektů, ale k záměně dochází, nejen laickou veřejností, i u staveb z 19. a 20. století, včetně těch současných. Pojem vodárenská věž, který pramení ze samotné stavebně-technické podstaty zkoumaného objektu, je však nutné pro náš projekt odmítnout jako příliš vágní. Pojmem vodárenská věž bývají označovány i další věžovité objekty vodovodních systémů, které nemusí sloužit k akumulaci vod či zajištění potřebného tlaku v systému.

Příkladem mohou být věže sloužící k tlumení vodních rázů, vznikajících v potrubí při ovládání vodovodního systému (např. Praha-Radlice (okres Hlavní město Praha), Svídnice-Práčov (okres Chrudim)). Mezi další věžovité vodárenské stavby řadíme odvzdušňovací věže (např. na vodovodních řadech vedoucích surovou vodu od zdrojů k úpravně vody v Káraném-Sojovice (okres Mladá Boleslav), Benátky nad Jizerou (okres Mladá Boleslav)) nebo objekty věžovitých staveb nad samotnými zdroji – studnami (např. Benešov (okres Benešov), Hoříněves (okres Hradec Králové), obr. 2).

Obr. 3. Šítkovská vodárna a přilehlé mlýny na konci 19. století [12]
Fig. 3. The Šítkovská water-station and adjacent mills at the end of the 19th century [12]

V souvislosti s věžovými vodojemy se občas setkáme i s označením vodárna. Tento pojem však odkazuje spíše na technologický celek, který se na daném místě nacházel a jehož byla věžová stavba s nádrží součástí. U nejstarších vodáren se k pohonu čerpadla používalo vodní kolo (takže se vodárny nacházely přímo u vodních toků, často v sousedství vodních mlýnů), řeka byla zároveň zdrojem čerpané vody do vodovodní sítě. Takto pojatý technologický celek pak býval přirozeně označován vodárnou – například Šítkovská vodárna (obr. 3), Staroměstská vodárna, Novomlýnská vodárna [11].

Ze stejného důvodu je potřeba rozlišovat pojmy drážní věžové vodojemy, které jsou také předmětem našeho zájmu, a drážní vodárny. Součástí objektu drážního věžového vodojemu totiž v některých případech býval i parní kotel, parní stroj pohánějící čerpadlo a parní pulsometr (později i čerpadlo s pohonem elektrickým, případně poháněné spalovacím motorem). Rovněž zdroj vody (studna) se mohl nacházet buď v jeho těsné blízkosti, případně přímo pod objektem vodojemu (např. Mikulovice, Lověšice u Přerova, Ústí nad Labem-Střekov) [13]. V takových případech lze na objekt nahlížet jako na vodárenský komplex – vodárnu. Jsou však drážní věžové vodojemy, které žádnou z výše uvedených technologií neobsahovaly (např. Ctidružice – stanice Grešlové Mýto). Proto budeme výhradně používat pojmu drážní věžové vodojemy s případným doplněním, zda jeho součástí byla další technologie.

Z hlediska dnešní vodárenské terminologie se pojem vodárna užívá v souvislosti s úpravou vody nebo s jejím zdravotním zabezpečením [8]. V této formě pracujeme v projektu s termínem i my.

Kromě drážních věžových vodojemů se v projektu zabýváme ještě několika specifickými typy objektů, jejichž funkce i stavební podoba suplovala věžové vodojemy. Jedná se především o tovární komíny, které nesou na svém dříku nádrž (obr. 4). Vznikaly na konci 19. a zejména pak v první polovině 20. století. Pro takto umístěné nádrže používáme termín komínové vodojemy.

Komíny nesoucí vodojem nejsou jedinými stavbami, které v sobě kombinovaly více funkcí. Věžových víceúčelových objektů, jejichž součástí byla i nádrž k akumulaci vody, bychom našli celou řadu a vždy je nutné jejich funkce i popis samotných staveb stanovovat individuálně [1]. Příkladem může být věžovitá stavba v Liberci-Vratislavicích nad Nisou (okres Liberec) v tkalcovně koberců firmy Ignaz Ginzkey & Co. pro potřeby budované podnikové elektrárny. V přízemí objektu se nacházela strojovna, ve střední části zásobník na uhlí a v horní části nádrž. Podobným příkladem může být věž železobetonové konstrukce z roku 1928 stojící v areálu letiště Praha-Kbely (okres Hlavní město Praha). Vrchol věže je zakončen kupolí s plošinou, na které je ve výšce 40 metrů umístěn původní otáčecí reflektor. Nádrž na vodu je umístěna o dvě patra níže. Identifikace těchto objektů není zcela jednoduchá a dá se předpokládat, že jejich vymezení i konkrétní počty budou v rámci řešení operativně upravovány.

V některých, zejména textilních, továrnách byla nádrž umístěna ve věži, která byla stavební součástí výrobního areálu a sloužila i k dalším funkcím, především schodišti spojujícímu jednotlivá poschodí továrny. Tyto věže v sobě sdružovaly převážně protipožární funkce a i voda akumulovaná v nádržích sloužila nejčastěji pro hasební účely. Stavební podoba těchto objektů se zaměřením projektu ne zcela souvisí. Postihnutí jejich množství navíc přesahuje jeho možnosti i časový rámec, a proto se jimi v projektu nezabýváme.

Vymezení objektu zájmu

Díky vyjasnění odborné terminologie jsme zároveň mohli vymezit objekt našeho zájmu. Projekt se tak zabývá všemi stavbami, které obsahují nádrž či více nádrží sloužících k výše uvedeným funkcím vodojemů. Tyto nádrže jsou umístěny na samostatných nosných konstrukcích v určité výšce, které byly k účelu nesení nádrže zkonstruovány. V projektu tak nebudou zpracovávány věžové objekty, které původně vznikly za jiným účelem a nádrž do nich byla umístěna až později, např. obranné věže v hradebních systémech měst (Vysoké Mýto (okres Ústí nad Orlicí), Louny (okres Louny)), věž sýpky v Chotěšově (okres Plzeň-jih) a podobně.

Věžové vodojemy najdeme jako součást několika technologických celků. Jedná se o obecní vodovody sloužící primárně k zajištění rozvodu vody do domácností, areálů občanské vybavenosti v obvodu obce (např. školy ad.) a průmyslových podniků v jejich obvodu. Druhou oblastí našeho zájmu jsou stavby situované přímo v rámci průmyslových areálů (případně sloužící pro areály občanské vybavenosti jako nemocnice ad.), které sloužily rozvodu vody do podnikových vodovodů, pro zajištění technologické vody ve výrobě (nebo obě tyto funkce) a někdy také jako zařízení pro rezervu vody k hašení požárů. Některé z těchto staveb jsou v podobě zmiňovaných komínových vodojemů. Poslední specifickou skupinou zájmu jsou drážní věžové vodojemy, které sloužily především jako zásobárna vody pro zbrojení parní trakce.

Obr. 4. Ocelový komínový vodojem bývalé válcovny trub v Ostravě-Svinově (okres Ostrava-město, archiv projektu, 2015)
Fig. 4. Factory chimney with steel water reservoir of the former tube mill in Ostrava-Svinov (Ostrava-city district, project archive, 2015)

Záběr projektu zachycuje věžové vodojemy na dnešním území České republiky, samozřejmě v kontextu vývoje českých zemí v rámci jiných státních celků, kterých byly historicky součástí. Vznik a vývoj věžových vodojemů na našem území nikdy ale nestál osamocen od vývoje v zahraničí, především v Evropě. Pro zasazení tohoto vývoje i pro zachycení některých širších souvislostí proměny společnosti, trendů v soudobém stavitelství a architektuře a vývoji vodárenských technologií tak bude projekt rámcově vývoj u nás se zahraničím vhodně srovnávat. Jako zvláště důležité se nám pak jeví i srovnání a hledání zahraniční inspirace v tématu realizace nového využívání věžových vodojemů.

Vzhledem k historickému vývoji staveb určených buď pro akumulaci vody či především pro zajištění tlakových poměrů byly do projektu zahrnuty i stavby ze staršího období (hovoříme o období od 15. do 18. století). Vzhledem k technologickému vývoji samotných nádrží, které v minulosti nedosahovaly dnešních objemů (například u Šítkovské vodárny se uvádí objem nádrže pouze 1,71 m3 [3]) sloužily tyto stavby především k zajištění potřebného tlaku ve vodovodním systému a samotné množství akumulované vody bylo z dnešního pohledu velmi malé.

K nejvýznamnějšímu rozvoji výstavby věžových vodojemů došlo ve druhé polovině 19. století a v průběhu 20. století s několika vzájemně souvisejícími procesy. Jednalo se zejména o proces urbanizační (spojený s masivním stěhováním obyvatel do měst), industrializační (spojený s výstavbou a rozvojem průmyslových areálů) a modernizační (spojený se zvyšováním kvality života nejen ve městech). Na jejich základě postupně vznikla potřeba stále většího zásobování zdravotně nezávadnou pitnou vodou či vodou užitkovou pro potřeby průmyslových závodů.

Projekt se tak zaměřuje na stavby vzniklé v celém uvedeném období (od 15. století). Zahrnuty jsou rovněž věžové vodojemy současných konstrukcí, přičemž jejich terminologické i typologické vymezení bude upřesněno během řešení projektu.

Východiska, zdroje vstupních dat a zpracování tématu

Evidence všech věžových vodojemů na našem území je nyní ve stádiu rozpracování a její, pokud možno, kompletní doplnění přinese probíhající výzkum. Již nyní ale můžeme předložit průběžné výsledky, ze kterých při práci taktéž vycházíme. Z nich vyplývá, že na území České republiky je nyní evidováno více než 1 240 věžových vodojemů (přičemž 241 z nich již neexistuje). Přes 300 z nich pak patří mezi nejčastější typ věžových vodojemů u nás – tzv. hydrogloby a aknagloby (21 již neexistuje). Z uvedeného celkového počtu se pak jedná o 401 drážních věžových vodojemů (101 objektů již neexistuje), 69 vodojemů komínových (44 již neexistuje) a 78 vodojemů, které jsou součástí věžového víceúčelového objektu (50 již neexistuje).

Primárními zdroji dat a informací při tvorbě vstupní evidence byla především webová databáze Vodárenské věže [1]. V ní bylo v době začátku projektu evidováno 530 objektů, které ovšem zahrnovaly i stavby, které nebyly věžovými vodojemy podle metodiky našeho projektu. Tuto evidenci doplnilo studium databáze Industriální topografie Výzkumného centra průmyslového dědictví [14], Památkový katalog NPÚ ČR [15] atd. Kromě nich byly využity mapové podklady (základní vodohospodářské mapy ČR [16], veřejně dostupné mapy internetových portálů [17], obr. 5) nebo historické ortofotomapy [18]. Využita byla i odborná soudobá a současná literatura včetně regionální [19] a také odborná periodika či periodický tisk. Stranou nezůstaly samozřejmě ani výsledky dosavadních projektů či výzkumů členů řešitelského týmu [20].

Obr. 5. Při identifikaci věžových vodojemů typu „hydroglobus“ na leteckých mapách usnadňuje práci typický šestiboký půdorys daný rozložením kotvících lan; lze např. využít pro odlišení od vzhledově podobného věžového vodojemu typu „aknaglobus“, který není lany ukotven (mapy.cz, 2017)
Fig. 5. During identification of hydroglobus water tower on air maps, the work is facilitated by the typical six-layered floor plan given by the layout of anchor ropes; it can be used to discriminate it from the visually similar water tower “aknaglobus“, which is not rope anchored (maps.cz, 2017)

Jak bylo výše zmíněno, evidence v této podobě není a ani nemůže být definitivní. Její průběžné doplňování probíhá i nadále především dalším výzkumem v dostupných zdrojích informací (literární zdroje, periodika ad.) a zejména pak v archivních a jiných nepublikovaných pramenech, které mohou přinést vítané informace o doposud neznámých stavbách. Své místo ve výzkumu mají i informace poskytnuté pamětníky.

Účelem identifikace a evidence věžových vodojemů na území ČR (existujících, neexistujících) je shromáždění dat a dokumentů k určení přesné polohy objektů a základních dostupných údajů (důležitá časová data, typologie, stavebně-technická data, osobnosti), vztah k příslušné vodárenské síti/systému a časové zařazení do historického vývoje vodárenství. Evidence má následně také posloužit ke zjištění stavu současné funkce věžových vodojemů – zda stále slouží své původní funkci, našly nové funkční uplatnění, anebo jsou naopak nevyužité a opuštěné. U věžových vodojemů se zachovanou vodohospodářskou funkcí projekt věnuje pozornost jejich současnému provozně-technickému stavu a jeho výsledky mají přispět k řešení situací v rámci vodárenských infrastruktur, včetně podchycení zásadních provozních problémů, poruch a závad, postupů při jejich řešení a souhrn sanačních přístupů. Naopak věžové vodojemy nevyužité a opuštěné jsou pro nás důležité při tvorbě podkladů a možností jejich nového využívání. Nerealizované návrhy budou reflektovány na kontextuální úrovni podle dostupných podkladů.

Z identifikovaného množství věžových vodojemů byl proveden výběr přibližně 250 objektů pro bližší zdokumentování. Tento výběr není konečný a při jeho sestavení bylo počítáno s rozšířením v případě nových zásadních zjištění o doposud neznámých stavbách či projektech. V daném výběru se nachází několik hlavních vybraných skupin věžových vodojemů, pro jejichž zařazení byla definována jistá kritéria.

Na prvním místě se jedná o věžové vodojemy vyhodnocené jako cenné. Hodnocení bylo provedeno na základě analýzy podle nastaveného systému hodnot. Při výběru se braly v potaz parametry jako hodnota stáří, stavební, technologická a architektonického provedení. Důležitou hodnotou byl rovněž vliv stavby na utváření daného místa. Vliv na hodnocení měla rovněž zachovalost a autenticita stavby. Kromě hodnotového hlediska jsme zároveň zohlednili, aby výběr pokryl jednotlivé typy věžových vodojemů, jejich konstrukční a technologická řešení a aby zasáhl různá časová období jejich výstavby.

Obr. 6. Průzkum ocelové nádrže věžového vodojemu v Praze-Michli (okres Hlavní město Praha, archiv projektu, 2018)
Fig. 6. Research of steel reservoir water tower in Prague-Michle (district of the Capital City of Prague, project archive, 2018)

Vedle těchto objektů byly identifikovány i věžové vodojemy ohrožené (tj. takové, které jsou nefunkční, chátrající, opuštěné, mnohdy s výhledem na demolici, nebo ve stavu, který nenaznačuje zlepšení stavu). V tomto případě byly při výběru vypuštěny některé z hodnoticích hledisek výše, především zachovalost stavby. Vzhledem k jejich stavu se u nich postupuje při výzkumu přednostně.

Z obou výše uvedených skupin bude proveden i zmiňovaný výběr staveb, které již neslouží svému účelu a jsou vhodné nejen k zachování, ale i k nalezení nového využití.

Poslední specifickou skupinou ve výběru jsou věžové vodojemy již demolované. Ty byly vybrány taktéž s ohledem na některá kvalitativní hlediska výše, samozřejmě v dobovém kontextu jejich existence. Tento výběr má posloužit jako ukázka nenávratně zničených hodnot.

Výzkumné metody a metody práce

Výzkumné metody

Povaha zkoumaných objektů, souvislosti jejich vzniku a využívání a také interdisciplinarita týmu řešícího projekt stojí za zvolenými metodami výzkumu. Věžové vodojemy jsou v rámci naší práce vnímány primárně jako technické stavby (mnohdy stále funkční), které ale často nabývají díky svému zpracování povahy umělecky ztvárněných objektů. Přes svůj utilitární význam a častou spojitost s rozvojem průmyslu ale nelze věžové vodojemy považovat za čistě industriální stavby. Jejich vznik souvisí i s proměnou úrovně hygienicko-zdravotních poměrů našich měst a také s modernizačními procesy.

Díky tomu vycházíme z přístupů studia dějin techniky, ale také historické geografie. Ve vazbě na proměnu průmyslu a společnosti jako takové, včetně modernizačních procesů, využíváme metody studia hospodářských a sociálních dějin. V souvislosti s dokumentací, důrazem na možnosti zachování a prezentací a popularizací výsledků se projekt prolíná i s přístupy v památkové péči. Poslední zmíněný přístup je pak někdy ve vztahu k industriálním a technickým stavbám označován za metodu průmyslové archeologie [21].

Se zvolenými metodami výzkumu souvisí i konkrétní metoda naší práce. V ní kombinujeme samostatný výzkum archivních i dalších dostupných pramenů s průzkumy přímo v terénu (obr. 6), které zahrnují jak stavebně-technické, tak stavebně-historické průzkumy. Z výzkumných metod pak vychází i povaha a konkrétní podoba připravovaných výstupů projektu.

Rešerše zdrojů informací a jejich výzkum

Při získávání informací o věžových vodojemech vycházíme ve výzkumu zejména z archivních pramenů. Jejich výběr je přizpůsobován zájmům projektu a předchází mu důkladná rešerše. Archivní výzkum slouží nejen jako primární zdroj informací pro výstupy projektu, ale zároveň i jako podklady pro další průzkumy (viz níže).

Hlavní oblastí dohledávaných pramenů je stavební dokumentace a s ní související spisový materiál. Z nich je pak možné získat nejen vědomí o stavební podobě vodojemů, ale i informace o tom kdo a kdy nechal danou stavbu postavit, jakým způsobem byla financována, kdo a jak ji stavěl, jakým způsobem se stavebně proměňovala a podobně. Mnohdy pak tyto prameny přináší i širší informace o fungování celku, jehož byl věžový vodojem součástí.

Stavební dokumentace včetně spisů bývá, pokud se zachovala, uložena v archivních fondech dotčených úřadů. Jedná se zejména o fondy okresních úřadů. Zde je dokumentace podle povahy spisu uložena buď pod signaturou vodního oddělení, případně živnostenského a zcela výjimečně i stavebního. Tyto fondy jsou uloženy v příslušných Státních okresních archivech (SOkA).

Druhou skupinou jsou pak archivy měst a obcí (pokud se jednalo o obecní vodovody, město zde zároveň bývalo obvykle iniciátorem výstavby a fondy k výstavbě vodovodů obsahují i řadu dalších relevantních informací). Zde je nutné poznamenat, že v případě stále stojících staveb a provozovaných systémů jsou spisy s nimi související mnohdy považovány za „živé“. V těchto případech neprošly skartačním řízením a obvykle bývají dodnes součástí spisoven místních úřadů (obr. 7). Pokud byly skartovány, najdeme je ve fondech příslušného SOkA.

Stavební dokumentace (někdy i včetně minimálně části spisu s ní souvisejícího) bývá mnohdy dochovaná také v archivních fondech původců, kteří věžové vodojemy nechávali stavět. Jedná se především o fondy jednotlivých podniků, případně pak fondy velkostatků (či jejich technických/stavebních kanceláří). Fondy velkostatků jsou uloženy v příslušných Státních oblastních archivech (SOA), podnikové fondy převážně také, případně v příslušném SOkA.

Stavební dokumentaci je rovněž možné někdy dohledat i v neoficiálních archivech, které vznikly (či byly zděděny) činností majitelů či provozovatelů daných vodovodů a jako živý materiál dříve neprošly skartačním řízením.

Samostatnou kapitolou je uložení stavebních spisů, které vznikly v gesci stavebních úřadů. Jejich struktura, její proměna a problematika dnešního uložení ale výrazným způsobem přesahuje možnosti tohoto článku.

Specifické je i dohledávání archivních pramenů k drážním věžovým vodojemům. Kromě výše řečených archivů je najdeme i v archivu Českých drah, Národního technického muzea (NTM) a ve fondech dalších archivů souvisejících s výstavbou železničních tratí u nás.

Mimo stavební dokumentaci pracujeme i s řadou dalších archivních pramenů, které nám mohou osvětlit i hospodářsko-sociální souvislosti vzniku a provozování věžových vodojemů. Jedná se například o obecní kroniky, zápisy z jednání městských orgánů a další. Samostatnou skupinou jsou pak informace o stavitelích či projektantech věžových vodojemů. Ty najdeme (často také ovšem včetně původní stavební dokumentace) buď v nemnohých archivních fondech dotčených firem, které jsou uloženy ve stejných archivech jako podnikové fondy, nebo ve specializovaných institucích jako je např. archiv NTM apod.

V případě zbořených staveb jsou archivní prameny často jedinými relevantními zdroji informací o samotné podobě jednotlivých staveb i jejich historii. V tomto směru je pro nás důležité i dohledávání dobové ikonografie, uložené obvykle ve fotografických sbírkách příslušných archivů, ale mnohdy i regionálních muzeí apod.

Prameny archivní povahy pak při rešerši i při výzkumu doplňujeme dalšími sekundárními zdroji, které jsou stručně již shrnuty výše u popsání evidence primárních dat.

Průzkumy v terénu

Řešitelský tým provádí u vybraných objektů (250) průzkumy v terénu (in-situ), které vychází z metod stavebně-historického průzkumu (SHP). U 8 až 12 objektů pak bude proveden i stavebně-technický průzkum (STP). Na jejich výsledky navážou architekti při návrzích konverzí věžových vodojemů. U řešených objektů je tak vždy kontaktován majitel pro svolení výzkumných prací.

Průzkum na místě se detailně zaměřuje na konstrukční a technologické řešení stavby a prostorových souvislostí. Nechybí ani zjišťování poznatků o energetickém hospodářství, zdrojích vody a jejich následné distribuci. Takto získaná data obsahují hodnocení objektu z hlediska stavební historie, architektury i dalších aspektů a je v nich poukázáno na hodnoty řešeného objektu. Jejich nedílnou součástí je pak grafická příloha obsahující jak dobovou ikonografii, tak i současnou fotodokumentaci.

Obr. 7. Ukázka původního plánu (řez) věžového vodojemu v Hořičkách (okres Náchod) z roku 1925 (zdroj: Obecní úřad Hořičky, Vodovod, Skupinový vodovod Česká Skalice, Projekt Vodovodu Hořičky)
Fig. 7. Demonstration of the original plan (cross-section) of the water tower in Hořičky (district Náchod) from 1925 (source: Hořičky Municipal Authority, Water supply, Group Water Supply of Česká Skalice, Project water supply Hořičky)

STP se provádí za účelem zjištění skutečného celkového stavu konstrukcí a materiálů, dokumentují se zjištěné vady a poruchy s identifikací jejich příčin. Průzkumy zahrnují i sběr klimatologických informací a podkladů o dlouhodobém vlivu vnějšího a vnitřního prostředí, které má vliv na životnost a s ohledem na velmi individuální řešení jednotlivých věžových vodojemů nezřídka vyžaduje i specifické zásahy a opatření. Provádí se i odběry vzorků materiálů (často vzhledem k historické hodnotě objektu pouze na mikro úrovni), případně sondy, které jsou následně laboratorními rozbory analyzovány ke stanovení mechanických charakteristik materiálu, stanovení vlhkosti materiálu, určení chemického složení zdiva, zjištění skladby jednotlivých konstrukcí a posouzení základových podmínek dané lokality. Dále je pozornost zaměřena na původní účel jednotlivých konstrukcí, na měření (monitoring) tepelně vlhkostních parametrů (teplota a relativní vlhkost vnitřního vzduchu) a na způsobu větrání objektu. Výsledkem těchto průzkumů je objektivní stanovení technického stavu konstrukcí věžového vodojemu, popis a dokumentace zjištěných poruch, diagnostika jejich příčin včetně koncepčního návrhu sanačních metod pro zajištění dlouhodobé funkční způsobilosti a životnosti objektu.

Samostatnou kapitolou je pořizování dokumentace současného stavu. U většiny staveb dochází alespoň k základnímu zaměření, které obsahuje elementární geometrické charakteristiky (rozměr objektu, rozměry nádrže, výška dna nad terénem aj.). U přibližně 30 objektů bude provedeno kompletní zaměření a zpracování dokumentace současného stavu externím dodavatelem. Výstupem jsou pak řezy, půdorysy a pohledy řešeného objektu (obr. 8).

Výstupy

Databáze věžových vodojemů, specializované mapy

Data získávána v průběhu řešení projektu jsou postupně zadávána do nově vznikající databáze věžových vodojemů. Databáze bude webovou aplikací sloužící pro ukládání nashromážděných dat a zároveň jejich přehlednou prezentaci. Datové rozhraní umožní editorům komfortní zadávání údajů a zakládání vizuálního materiálu nezávisle na platformě a nainstalovaném softwaru, a to i z terénu pomocí mobilních zařízení. Prezentační vrstva nabídne přehlednou specializovanou mapu dokumentovaného území a propracovaný systém filtrace a vyhledávání. Aplikace samotná využívá prověřených open-source technologií PHP/MySQL a běží v cloudovém pravidelně zálohovaném prostředí předního tuzemského poskytovatele. Dále bude vytvořen soubor specializovaných map existujících a neexistujících věžových vodojemů s odborným obsahem.

Publikační výstupy, prezentace výsledků

Data získaná výše zmíněnými výzkumy budou sloužit i jako podklady pro realizaci tří odborných monografií. První bude orientována na věžové vodojemy v systémech zásobování obyvatelstva, zemědělství a průmyslu. Druhá bude věnována drážním věžovým vodojemům. Třetí monografie vyjde v rámci výstavy zaměřené na představení vybraných ukázek nového využití věžových vodojemů jako kritický katalog. Průběžnou prezentaci výsledků budeme zajišťovat prostřednictvím příspěvků v odborných časopisech a sbornících a dále na vlastní konferenci a workshopu.

Obr. 8. Dokumentace současného stavu věžového vodojemu v Nových Dvorech (okres Kutná Hora) vychýleného ze svislé osy – pohledy (zdroj: archiv projektu)
Fig. 8. Documentation of the current state of the water tower Nové Dvory (Kutná Hora district), which is deflected from the vertical axis – views (source: project archive)

Závěr

Příspěvek rámcově představil projekt Věžové vodojemy – identifikace, dokumentace, prezentace, nové využití. Vymezil objekt zájmu, jeho východiska i výzkumné metody. Projekt si vytyčil za cíl zmapovat a zdokumentovat dědictví věžových vodojemů na našem území. Přestože se nejedná o téma zcela nové, šíří metod bádání i svým rozsahem dosavadní výzkumy a zpracování výrazným způsobem převyšuje.

Novým přístupem ke zpracování tématu bylo i přednostní definování objektu zájmu. S ním souvisí i výklad dosavadní používané terminologie a jejích zdrojů. Díky tomu jsme byli schopni nalézt pevné stanovisko k pojmu věžový vodojem a s ním i konkrétní objekty našeho zájmu. Zároveň jsme se vymezili především vůči paušálnímu užívání výrazu vodárenská věž pro tyto stavby.

Cílem projektu má být vytvoření webové databáze věžových vodojemů a také několik publikačních výstupů, které zachytí věžové vodojemy v různých souvislostech a z pohledu několika vědních disciplín. Jejich součástí bude i kritický katalog k výstavě, která představí možnosti nového využití věžových vodojemů. Z evidovaného množství dotčených objektů bude cca 250 objektů vybráno k podrobnějšímu zpracování.

Vstupní data evidence všech dotčených objektů vychází z dosavadního odborného zpracování problematiky. Data a podklady pro zpracování vybraných objektů i realizaci výstupů projektu naopak budou již získávána souborným primárním výzkumem, který provádí interdisciplinární tým projektu. Ten zahrnuje jak podrobný archivní výzkum, včetně dalších nearchivních zdrojů, tak výzkumy přímo v terénu. Při nich využíváme metod stavebně-historického průzkumu. U úzké skupiny objektů pak bude proveden i podrobný stavebně-technický průzkum.

Projekt by tak měl přinést zcela nové zpracování problematiky věžových vodojemů u nás. Originalita výzkumu tkví nejen v důsledném vymezení objektu zájmu, ale především v inovativním přístupu kombinace více výzkumných metod zpracovávaných badatelským týmem napříč více vědními obory.

Poděkování

Příspěvek vznikl v rámci řešení projektu Věžové vodojemy – identifikace, dokumentace, prezentace, nové využití (Program na podporu aplikovaného výzkumu a vývoje NAKI II, Ministerstvo kultury ČR, kód DG18P02OVV010).

Posted by & filed under Hydrochemie, radioekologie, mikrobiologie, hydrobiologie, Informatika, kartografie ve vodním hospodářství.

V článku je doplněna chybějící tabulka 6.

 

Souhrn

Tento článek si klade za cíl seznámit odbornou veřejnost se souhrnnými výsledky hodnocení ekologického a chemického stavu, resp. potenciálu útvarů povrchových vod kategorie „řeka“ a kategorie „jezero“ za období let 2013–2015 v České republice, které byly v roce 2017 realizovány Výzkumným ústavem vodohospodářským T. G. Masaryka, v. v. i. (dále VÚV TGM). Současně jsou zmíněny postupy a metody využité k realizaci hodnocení stavu vod. V závěru článku jsou uvedena konkrétní doporučení, jejichž zajištění umožní v maximální možné míře optimalizovat následné hodnocení stavu povrchových vod, které proběhne v roce 2019, přičemž právě toto hodnocení stavu povrchových vod bude jedním ze zásadních podkladů pro aktualizaci všech úrovní plánů povodí. Všechna prezentovaná agregovaná data vznikla zpracováním primárních dat z monitoringu povrchových vod, která na základě smluvních vztahů poskytly v roce 2017 jednotlivé státní podniky Povodí. Data o vybraných prioritních a prioritních nebezpečných látkách v biotě využitá pro hodnocení chemického stavu útvarů povrchových vod byla poskytnuta z monitoringu pevných matric, který zajišťuje Český hydrometeorologický ústav (dále jen ČHMÚ). Vzhledem k rozsahu a povaze problematiky není cílem tohoto článku podrobnější analýza souvislostí, příčin a faktorů ovlivňující výsledky předkládaného hodnocení stavu útvarů povrchových vod jako rovněž srovnání s výsledky hodnocení stavu útvarů povrchových vod v prvním a druhém plánovacím cyklu.

Úvod

Obecně hodnocení stavu útvarů povrchových vod v podmínkách České republiky představuje podle požadavků národních právních předpisů a Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2000/60/ES ze dne 23. října 2000, kterou se stanoví rámec pro činnost Společenství v oblasti vodní politiky [1] (dále jen Rámcová směrnice), hodnocení stavu vodních útvarů v kategoriích „řeka“ a „jezero“. Současně je potřeba zmínit, že hodnocení stavu vodních útvarů je nedílnou součástí všech úrovní plánů povodí, které se zpracovávají v šestiletých cyklech v souladu s příslušnými ustanoveními zákona č. 254/2001 Sb., o vodách, ve znění pozdějších předpisů [2] (dále jen vodní zákon). Výsledky hodnocení jsou následně zásadním podkladem pro návrh programu opatření na zlepšení stavu vod a dalších aktivit v oblasti výkonu vodohospodářských činností na úrovni České republiky i dílčích povodí.

Podle § 4 vyhlášky č. 98/2011 Sb., o způsobu hodnocení stavu útvarů povrchových vod, způsobu hodnocení ekologického potenciálu silně ovlivněných a umělých útvarů povrchových vod a náležitostech programů zjišťování a hodnocení stavu povrchových vod, ve znění pozdějších předpisů [3], má být stav útvarů povrchových vod vyhodnocen jednou za tři roky. V rámci procesu zpracování druhých plánů povodí bylo na národní úrovni dohodnuto, že obdobím pro hodnocení stavu vod v České republice pro tyto plány bylo období 2010–2012.

Metodické postupy použité pro řešení

Předkládané hodnocení stavu povrchových vod za období 2013–2015 bylo realizováno podle schválených metodických postupů pro 2. plánovací cyklus v oblasti vod a vzhledem k cílům použitým při hodnocení stavu povrchových vod pro 2. plánovací cyklus.

Pro samotné řešení hodnocení stavu byly použity certifikované metodické postupy a certifikované metodiky schválené Odborem ochrany vod MŽP, které jsou dostupné na www.mzp.cz/cz/metodiky_hodnoceni_stavu_vod. Tyto postupy plně respektují požadavky Rámcové směrnice [1] a souvisejících dokumentů (ostatní směrnice Evropské unie např. [4–6] a příslušné Guidance dokumenty), současně tyto postupy rovněž respektují požadavky národních právních předpisů a dalších relevantních dokumentů [2, 3, 7]. Součástí hodnocení stavu povrchových vod bylo i doplnění potřebných informací k reprezentativním profilům z hlediska potřeb jednotlivých metodických postupů hodnocení biologických složek ekologického stavu.

Podle ustanovení vodního zákona [2] se stavem povrchových vod (celkový stav) rozumí obecné vyjádření stavu útvaru povrchové vody určené ekologickým nebo chemickým stavem podle toho, který je horší. Při systému vyhodnocení stavu povrchových vod byl v souladu s požadavky relevantních legislativních předpisů na úrovni České republiky i Evropské unie vždy dodržen princip „one out – all out“. Platí tedy, že pro výsledné hodnocení je vždy určující nejhorší z výsledků vyhodnocení relevantních dílčích složek, což je v konečném důsledku klíčové pro výslednou klasifikaci stavu konkrétního útvaru povrchových vod.

Systém hodnocení chemického a ekologického stavu/potenciálu povrchových vod v České republice se dělí do dvou samostatných celků – systém hodnocení ekologického stavu/potenciálu a systém hodnocení chemického stavu útvarů povrchových vod. Každá z těchto částí má své specifické přístupy a podmínky hodnocení a stejně tak i rozsah hodnocených parametrů a matric, požadavky na četnost sledování, kvalitu dat atd.

Vyhodnocení chemického i ekologického stavu/potenciálu bylo realizováno na základě reálně naměřených dat v reprezentativních profilech útvarů povrchových vod, kde probíhal v daném období situační nebo provozní monitoring. Každý útvar nebo skupina útvarů má v podmínkách České republiky určeno právě jeden reprezentativní profil, v několika případech je jedním reprezentativním profilem hodnoceno dva nebo více útvarů povrchových vod kategorie „řeka“. Výsledné hodnocení chemického a ekologického stavu/potenciálu bylo vztaženo na celý vodní útvar, v němž se reprezentativní profil nachází. Pokud v reprezentativním profilu neproběhl v hodnoceném období odpovídající monitoring, nebyl příslušný stav vodního útvaru klasifikován.

Tabulka 1. Kategorie útvarů povrchových vod
Table 1. Surface water bodies – categories
Tabulka 2. Celkový stav útvarů kategorie „řeka“ a „jezero“
Table 2. Overall status of surface water bodies in categories “river” and “lake”

Pro hodnocení jednotlivých biologických složek ekologického stavu/potenciálu útvarů povrchových vod – kategorie „řeka“ – byla vyhodnocena dostupná data z reprezentativních profilů s využitím funkčních možností nástroje informačního systému ARROW, který provozuje ČHMÚ (dále jen IS ARROW). Hodnocení chemických a fyzikálně-chemických parametrů v rámci klasifikace chemického stavu a ekologického stavu/potenciálu útvarů povrchových vod bylo realizováno prostřednictvím upravených softwarových nástrojů vyvinutých VÚV TGM [8]. Hodnocení všeobecných fyzikálně-chemických složek a biologických složek v rámci ekologického potenciálu útvarů povrchových vod kategorie „jezero“ bylo realizováno Biologickým centrem Akademie věd České republiky, v. v. i. V rámci hodnocení ekologického stavu/potenciálu útvarů povrchových vod nebyly, stejně jako v 2. plánovacím cyklu, hodnoceny hydromorfologické složky, a to především z důvodu absence monitorovaných dat a pro praktické potřeby hodnocení nedostatečné metodické podpory.

Obr. 1. Celkový stav útvarů povrchových vod za období 2013–2015 v České republice
Fig. 1. Overall status of the surface water bodies for the 2013–2015 period in the Czech Republic

Pro realizaci hodnocení stavu povrchových vod byla poskytnuta data z Programu monitoringu povrchových vod státních podniků Povodí za období 2013–2015, včetně přiřazení reprezentativních profilů monitoringu k příslušným vodním útvarům povrchových vod v jednotném formátu a struktuře vhodném pro hromadné zpracování dat.

V rámci hodnocení chemického stavu a ekologického stavu/potenciálu útvarů povrchových vod (kategorie „řeka“ i „jezero“), viz tabulka 1, byly použity oficiální platné metodické postupy [9–20].

Výsledky

Přehled výsledků hodnocení stavu útvarů povrchových vod je dále uveden v tabulkové a grafické formě v agregované podobě za území České republiky.

Celkový stav útvarů povrchových vod

Následující tabulka 2 uvádí přehled vyhodnocení celkového stavu útvarů kategorie „řeka“ a „jezero“ včetně procentuálního zastoupení v dané kategorii hodnocení.

Vyhodnocení celkového stavu útvarů povrchových vod v rámci České republiky je mapově znázorněno na obr. 1.

Z výše uvedených výsledků vyplývá, že více než 90 % útvarů povrchových vod kategorie „řeka“ byla v hodnoceném období 2013–2015 v nevyhovujícím celkovém stavu. Podobně je tomu i u celkového stavu útvarů kategorie „jezero“, kde je do nevyhovujícího stavu zařazeno více než 81 % útvarů.

Ekologický stav/potenciál útvarů povrchových vod

V následující tabulce 3 je uveden přehled agregovaných výsledků hodnocení ekologického stavu/potenciálu útvarů kategorie „řeka“ a „jezero“ v jednotlivých klasifikačních třídách.

 

Obr. 2. Ekologický stav/potenciál útvarů povrchových vod kategorie „řeka“ podle hodnocení jednotlivých složek a jednotlivých všeobecných fyzikálně-chemických složek
Fig. 2. Ecological status/potential of the surface water bodies in categories “river” and “lake” according to individual elements and individual physico-chemical elements

 

Obr. 3. Ekologický potenciál útvarů povrchových vod kategorie „jezero“ podle hodnocení složek a jednotlivých všeobecných fyzikálně-chemických složek
Fig. 3. Ecological potential of the surface water bodies in category “lake” according to the assessment of the elements and individual physico-chemical elements

 

Obr. 4. Ekologický stav a ekologický potenciál útvarů povrchových vod za období
2013–2015 v České republice
Fig. 4. Ecological status/potential of the surface water bodies in the Czech Republic for the period 2013–2015

Graficky je hodnocení ekologického stavu/potenciálu útvarů kategorie „řeka“ s rozdělením na jednotlivé hodnocené složky uvedeno na obr. 2.

Tabulka 3. Ekologický stav/potenciál útvarů povrchových vod kategorie „řeka“ a „jezero“
Table 3. Ecological status/potential of the surface water bodies in categories “river” and “lake”

Z výše uvedených výsledků vyplývá, že klíčovými parametry nebo složkami, které jsou určující pro zařazení tvarů kategorie „řeka“ do středního a horšího stavu jsou makrozoobentos a fytobentos a ze všeobecných fyzikálně-chemických složek jsou to celkový fosfor, dusičnanový a amoniakální dusík. Pro specifické znečišťující látky je podrobnější hodnocení uvedeno v následující tabulce 4, kde je přehled vybraných specifických znečišťujících látek, u nichž došlo k překročení normy environmentální kvality (dále jen NEK) u více než 1 % všech útvarů povrchových vod kategorie „řeka“.

Z výše uvedených výsledků vyplývá, že nejvyšší procento překročení NEK u útvarů kategorie „řeka“ bylo zaznamenáno v případě specifických znečišťujících látek u parametrů – AOX, metabolity alachloru, bisfenol A, fenantren a malathion.

Tabulka 4. Vybrané specifické znečišťující látky, které překračují NEK u více než 1 % útvarů povrchových vod kategorie „řeka“
Table 4. Selected river basin specific pollutants exceeding EQS of more than 1 % of the surface water bodies in category “river”

Ekologický potenciál útvarů povrchových vod kategorie „jezero“ je uveden v grafickém znázornění pro jednotlivé složky hodnocení na obr. 3.

Z výše uvedeného grafického znázornění vyplývá, že určujícími složkami pro zařazení útvarů povrchových vod kategorie „jezero“ do středního a horšího potenciálu byl fytoplankton, všeobecné fyzikálně-chemické složky – celkový fosfor a průhlednost a některé specifické znečišťující látky.

Přehled souhrnného hodnocení ekologického stavu/potenciálu útvarů povrchových vod za období 2013–2015 v České republice je v mapové podobě uveden na obr. 4.

Souhrnně lze konstatovat, že ekologický stav/potenciál útvarů povrchových vod kategorie „řeka“ dosahoval středního a horšího stavu/potenciálu u více než 86 % útvarů a pro kategorii „jezero“ byl střední a horší potenciál zaznamenán u více než 76 % útvarů.

Chemický stav útvarů povrchových vod

V následující tabulce 5 je uveden přehled výsledků hodnocení chemického stavu útvarů povrchových vod kategorie „řeka“ a „jezero“ za období 2013–2015. Dále na obr. 5 je znázorněno graficky procentuální hodnocení chemického stavu útvarů povrchových vod pro obě kategorie.

Obr. 5. Chemický stav útvarů povrchových vod kategorie „řeka“/„jezero“
Fig. 5. Chemical status of the surface water bodies in categories “river” and “lake”

V následující tabulce 6 jsou uvedeny prioritní a prioritní nebezpečné látky, u nichž v hodnoceném období 2013–2015 došlo k překročení NEK u více než 1 % útvarů kategorie „řeka“.

Z výše uvedené tabulky vyplývá, že nejproblematičtějšími parametry v rámci hodnocení chemického stavu útvarů povrchových vod kategorie „řeka“ byly v hodnoceném období 2013–2015 ukazatele ze skupiny polycyklických aromatických uhlovodíků – fluoranthen, benzo(a)pyren, benzo(ghi)perylen, benzo(b)fluoranthen a benzo(k)fluoranthen.

Tabulka 5. Chemický stav útvarů povrchových vod kategorie „řeka“ a „jezero“
Table 5. Chemical status of the surface water bodies in categories “river“ and “lake“

Přehled hodnocení chemického stavu útvarů povrchových vod v České republice je mapově znázorněn na obr. 6.

Obr. 6. Chemický stav útvarů povrchových vod za období 2013–2015 v České republice
Fig. 6. Chemical status of the surface water bodies for the period 2013–2015 in the Czech Republic

V hodnoceném období 2013–2015 lze konstatovat, že 64 % útvarů povrchových vod kategorie „řeka“ bylo v dobrém chemickém stavu a 36 % vykazovalo nedosažení dobrého stavu. V případě útvarů povrchových vod kategorie „jezero“ bylo v dobrém chemickém stavu 71 % a naopak 15 % nedosahovalo dobrého chemického stavu. V této souvislosti je však rovněž nutné zmínit, že důležitou úlohu v tomto hodnocení sehrává vlastní monitoring povrchových vod, který v případě parametrů pro hodnocení chemického stavu pokrýval celkově jen cca 70 % reprezentativních profilů útvarů povrchových vod. Současně byl i rozsah sledovaných prioritních a prioritních nebezpečných látek v rámci České republiky velmi variabilní.

Tabulka 6. Vybrané prioritní a prioritní nebezpečné látky, které překračují NEK u více než 1 % útvarů povrchových vod kategorie „řeka“
Table 6.  Selected priority and priority dangerous substances exceeding EQS in more than 1 % surface water bodies in category „river“

Doporučení pro optimalizaci procesu hodnocení stavu povrchových vod

Výzkumný ústav vodohospodářský T. G. Masaryka, v. v. i., na základě zkušeností ze zpracování hodnocení stavu útvarů povrchových vod kategorie „řeka“ a „jezero“ za období 2010–2012 a 2013–2015 navrhl ve spolupráci s ČHMÚ níže uvedená doporučení. Tato doporučení si kladou za cíl zefektivnit realizaci hodnocení stavu povrchových vod na národní úrovni za období 2016–2018 pro 3. plány povodí a umožnit jeho zpracování v optimálním časovém horizontu, který bude minimalizovat možné zpoždění vzhledem k požadavkům časového plánu a programu prací pro jejich přípravu a zpracování.

Seznam reprezentativních profilů pro hodnocení stavu povrchových vod

Před samotnou realizací hodnocení stavu povrchových vod pro 3. plány povodí je potřeba v dostatečném předstihu mít k dispozici finální seznam reprezentativních profilů pro hodnocení stavu útvarů povrchových vod kategorie „řeka“ a „jezero“, přičemž lze v obou případech jako základ využít seznamy uvedené v Rámcovém programu monitoringu. V případě vodních útvarů kategorie „řeka“ je nutné i doplnění typologických a abiotických charakteristik, jako jsou geologie, úmoří, řád toku, nadmořská výška reprezentativního profilu, sklonitost, délka toku od pramene, apod. Současně je rovněž nutné k definovaným profilům mít jejich jednoznačnou identifikaci. Za součást identifikace lze považovat nejen ID ale i název profilu, název vodního toku a souřadnice, pokud možno v souřadnicovém systému S-JTSK. Kvůli jednoznačnému určení výše uvedených typologických a abiotických charakteristik by bylo vhodné rovněž k těmto údajům přidat ID vodního toku podle Centrální evidence vodních toků jakožto oficiální databáze (alternativně podle Digitální báze vodohospodářských dat) a zejména číslo hydrologického pořadí podle oficiální datové vrstvy ČHMÚ, která je státním podnikům Povodí dostupná. Je nutné dále odstranit určité technické problémy, pokud jde o „jedinečné“ ID profilů, a to zejména vzhledem k tomu, že v současnosti neexistuje jednoznačná identifikace v rámci celé České republiky. Aby se identifikátory nemohly mezi jednotlivými státními podniky Povodí překrývat, předřazuje VÚV TGM před ID i kód státního podniku Povodí (přičemž se předpokládá, že ID profilu je v jejich databázích jedinečné). Zcela nepřípustné by mělo být nadále používání identifikátorů zrušených profilů pro profily nové, obzvláště pokud jsou lokalizovány ve zcela jiném vodním útvaru. Uvedené identifikační údaje by měly být v databázích státních podniků Povodí a IS ARROW vždy shodné. Jako velmi přínosné se jeví dohodnout způsob celostátně jednoznačné a všemi zainteresovanými subjekty používané identifikace profilů.

Je nutné vyřešit i problematiku jednotných ID u profilů ve vodních útvarech kategorie „jezero“, kde část parametrů je stanovována z integrálního vzorku z hloubky 3–4 m a část parametrů ze zonálních měření sondou. Pro hodnocení stavu vodních útvarů kategorie „jezero“ je vhodné používat jedno ID pro hodnocený profil podobně jako u útvarů povrchových vod kategorie „řeka“.

Rovněž je důležité do IS ARROW k reprezentativním profilům zavést informaci o příslušných vodních útvarech (ID + název), které daný profil hodnotí. Současně před samotným hodnocením by bylo vhodné mít přehled o rozsahu monitorovaných biologických složek v reprezentativních profilech v daném hodnoceném období.

Aktualizace metodických postupů hodnocení stavu povrchových vod

Před realizací hodnocení stavu povrchových vod pro 3. plány povodí je nutné mít metodicky dořešen přístup k hodnocení stavu v nemonitorovaných útvarech povrchových vod, a to v obou částech hodnocení – chemický stav i ekologický stav, resp. potenciál.

Podle požadavků Evropské komise zřejmě dojde ke změnám v postupu hodnocení ekologického potenciálu silně ovlivněných vodních útvarů (tj. i u „jezer“, které nyní probíhá mimo IS ARROW) – je otázka, jestli bude hodnocení součástí modulu biologického hodnocení. Revizí by měla rovněž projít i metodika na hodnocení ichtyofauny pro útvary kategorie „řeka“. Pokud k určitým změnám hodnocení biologických složek dojde, je pak nezbytné zajištění dodatečného naprogramování nových algoritmů do IS ARROW s náležitou odbornou garancí těchto postupů.

Je potřebné rovněž rozpracovat detaily plánovaného zahrnutí hodnocení hydromorfologie tekoucích i stojatých vod do hodnocení stavu.

Kontrola exportu dat z laboratoří státních podniků Povodí do IS ARROW

Před hodnocením stavu je účelné provést kontrolu kompletnosti dat a verifikaci datového souboru, který půjde do samotného výpočtu. To lze provádět již v průběhu tříletí průběžně, ale je nutné mít definitivní a kompletní datový soubor pro hodnocení stavu pro minimalizaci vzniku nadbytečných verzí výstupů hodnocení stavu. V této souvislosti navrhujeme zavést pravidelnou zpětnou vazbu mezi laboratořemi státních podniků Povodí a ČHMÚ, jako správce databáze, která by ověřila požadovanou kompletnost exportovaných souborů. Kontrola by měla probíhat na úrovni zaslaných dat ze státních podniků Povodí na ČHMÚ po jejich vložení do IS ARROW. Doporučujeme, aby státní podniky Povodí měly zpětnou informaci s přehledem vložených vzorků a základní statistiku za každou dávku dat, kterou odešlou. Tyto vzorky by měly zkontrolovat a odsouhlasit, že jsou kompletní. S ohledem na výše uvedené by bylo dále vhodné zajistit, aby následný export dat z IS ARROW ke zpracovateli hodnocení stavu povrchových vod byl součástí samotného programu, což se týká především podkladových dat pro hodnocení prioritních a specifických znečišťujících látek, aby se minimalizovalo riziko neúplného exportu. V této souvislosti se nám zdá přínosné označit již přímo v IS ARROW relevantní látky pro hodnocení stavu.

Jinak platí, že veškerá data by i nadále měla jít cestou přes IS ARROW, aby se zamezilo poskytování dat v různých formátech a struktuře. Pokud by z nějakého důvodu nebylo možné zajistit kompletní data v IS ARROW, bylo by alternativou posílat data v jednotném povinném formátu XML a struktuře pro zasílání dat do IS ARROW přímo zpracovateli hodnocení.

Rovněž bude nutné zahrnout údaje z odběrového protokolu biologických složek do IS ARROW, zejména z důvodů jejich potřeby při výpočtu jednotlivých metrik pro vyhodnocení stavu.

Kontrola správnosti výpočetních algoritmů pro hodnocení biologických složek v IS ARROW

Je potřeba definovat přesné odpovědnosti jednotlivých institucí s ohledem na zajištění aktuálních a správných postupů a algoritmů použitých pro výpočet jednotlivých metrik pro všechny biologické složky. Vzhledem k dosavadním zkušenostem je nutné v pravidelných intervalech kontrolovat aktuálnost a správnost výpočetních postupů a jejich použitelnost na modelových testovacích vzorcích dat z monitoringu. Tím je myšleno mít kontinuálně zajištěnu odbornou garanci vývoje systému hodnocení stavu povrchových vod. Bez expertní znalosti algoritmů není možné dále hodnocení rozvíjet, resp. aktualizovat podle potřeb. Doporučujeme, aby odborným garantem tohoto vývoje byl VÚV TGM, který disponuje odbornými kapacitami a může tuto garanci vývoje a kontinuální kontroly dlouhodobě zajišťovat.

Kromě kontroly úplnosti dat je třeba také před samotnými výpočty provést i kontrolu správnosti dat, alespoň namátkově. Došlo například k případům, že v rámci IS ARROW chyběly některé monitoringem zjištěné taxony, protože jejich seznam byl poslán v kódování podle nového taxalistu, ačkoli se předpokládalo, že vše bude kódováno podle taxalistu starého, platného pro data do roku 2015.

Pro zpracování hodnocení pro 3. plány povodí je rovněž potřeba implementovat do IS ARROW navržené výpočetní postupy jednotlivých metrik pro hodnocení ekologického potenciálu biologických složek pro vodní útvary kategorie „jezero“ (fytoplankton, makrofyta a ryby). V současné době je hodnocení ekologického potenciálu této kategorie útvarů povrchových vod zajišťováno externě Biologickým centrem Akademie věd České republiky, v. v. i., mimo IS ARROW.

Závěr

Ze získaných výsledků hodnocení stavu útvarů povrchových vod v České republice za období 2013–2015 při aplikaci principu „one out – all out“ vyplývá, že v nevyhovujícím stavu je asi 91 % útvarů kategorie „řeka“ a 82 % útvarů kategorie „jezero“. Pro většinu útvarů povrchových vod s nevyhovujícím stavem platí, že pro tento stav jsou určující výsledky hodnocení ekologického stavu/potenciálu. Určujícími složkami pro výsledky hodnocení ekologického stavu/potenciálu byly biologické složky – makrozoobentos a fytobentos, všeobecné fyzikálně-chemické složky ekologického stavu/potenciálu – celkový fosfor a formy dusíku a ze specifických znečišťujících látek parametry – AOX, metabolity alachloru a metolachloru, bisfenol A a fenanthren. V rámci hodnocení chemického stavu útvarů povrchových vod je hlavní příčinou nedosažení dobrého stavu koncentrace prioritních a prioritních nebezpečných látek ze skupiny polycyklických aromatických uhlovodíků. V této souvislosti je nutné rovněž upozornit na velmi nízké cílové limitní koncentrace – NEK právě pro tyto parametry [5].

Hodnocení stavu útvarů povrchových vod bylo realizováno na základě naměřených výsledků monitorovacích programů v reprezentativních profilech (přímé hodnocení stavu) – každý útvar nebo skupina útvarů má v podmínkách České republiky určen právě jeden reprezentativní profil, v několika případech je jedním reprezentativním profilem hodnoceno dva nebo více útvarů povrchových vod kategorie „řeka“. Konkrétní podoba výstupů hodnocení chemického a ekologického stavu/potenciálu útvarů povrchových vod vycházela z potřeb jednotlivých státních podniků Povodí. Výsledky řešení je možné případně použít i pro plnění reportingové povinnosti České republiky vůči Evropské unii.

Poděkování

Závěrem bychom velice rádi poděkovali jednotlivým státním podnikům Povodí za poskytnutá data a souhlas se zveřejněním výše uvedených souhrnných výsledků hodnocení stavu povrchových vod za období 2013–2015. Rovněž si dovolujeme poděkovat odborným pracovníkům oddělení jakosti vod ČHMÚ v Praze a Brně za součinnost a ochotu spolupracovat při zpracování těchto výsledků.

Posted by & filed under Informatika, kartografie ve vodním hospodářství.

Souhrn

Informační a komunikační technologie jsou v současné době jedním z rozhodujících faktorů ovlivňujících ekonomický a společenský vývoj. Obdobný vývoj a trendy ve vazbě na informační a komunikační technologie lze zaznamenat i v oboru vodního hospodářství. Pro získání relevantních výsledků v oblasti říční hydrauliky, stanovení kapacit vodních toků a nádrží, sledování množství a dynamiky sedimentů jsou rozhodující vstupní data. Příspěvek prezentuje souhrn výsledků a zkušeností z prováděných batymetrických měření na vodárenské nádrži (VN) Nýrsko na Úhlavě. V rámci pilotní monitorovací kampaně byla získána data o morfologii dna vodní nádrže pomocí sofistikovaného přístrojového vybavení na bázi echo sounderu RiverSurveyor M9EcoMapper AUV (z angl. Autonomous Underwater Vehicle). V příspěvku je uvedena příprava a postup terénního měření, popis následného postprocesingu získaných datových sad, vzájemné srovnávací analýzy, včetně porovnání s datovými sadami pořízenými pomocí ultrazvukové měřicí aparatury firmy Meridata ty MD500 osazené na měřicím člunu Joska, který je provozován Povodím Vltavy, s. p.

Úvod

Procesy eroze na zemědělské půdě a s tím spojená sedimentace ve vodních nádržích jsou aktuálně jedním z největších globálních vodohospodářských problémů [1–4]. Po celém světě mají procesy eroze, transportu půdních částic a sedimentace významný dopad na environmentální, ekonomickou i sociální sféru. Více než padesát procent původní zásobní kapacity světových nádrží bude pravděpodobně ztraceno v průběhu následujících třiceti let kvůli sedimentaci [5].

Zanášení vodních toků a nádrží produkty eroze způsobuje především zmenšení průtočnosti koryt vodních toků, akumulačních prostorů vodních nádrží a ovlivňuje jejich hydraulickou funkci, kdy se zkracuje doba zdržení, zvyšuje se rychlost průtoku nádrží a snižuje se zabezpečenost odběru vody. Obecně tím dochází ke snížení objemu zadržené vody v území, což přináší dopady i na jakostní ukazatele vody. Při nižším objemu vody v nádržích dochází k rychlejšímu zvyšování teploty, což v kombinaci s uvolňujícími se živinami ze sedimentů významně podporuje eutrofizační procesy. Transport sedimentů do nádrže a rychlost sedimentace závisí na mnoha faktorech. Jsou jimi množství a distribuce srážek, rozmístění a typ vegetačního pokryvu, velikost povodí, geologické a geomorfologické poměry ve sběrné oblasti i míra antropogenních zásahů do krajiny [6, 7].

Pro detailní geomorfologické analýzy povodí jsou rozhodující kvalitní vstupní data. Metodou leteckého laserového skenování (LLS) je možné získávat velké množství bodových dat s georeferenčními informacemi (X, Y, H) ve velmi krátkém časovém intervalu. Ve spojení s poměrně vysokým stupněm automatizace jejich zpracování při vytváření digitálního modelu terénu a povrchu představuje jednu z nejefektivnějších metod pro získávání relevantních prostorových dat. V roce 2013 bylo dokončeno nové výškopisné mapování metodou leteckého laserového skenování území České republiky (ČR), které poskytlo nové výškopisné produkty Digitální model reliéfu 4. generace (DMR 4G), Digitální model reliéfu 5. generace (DMR 5G) a Digitální model povrchu 1. generace (DMP 1G) [8, 9]. Otázkou přesto zůstává, co se nachází pod vodní hladinou, jaké jsou zásobní (retenční) kapacity vodních toků, vodních nádrží. Kolik máme sedimentů ve vodních tocích či vodních nádržích, jaká je jejich dynamika. Na tyto otázky hledá odpovědi vědní obor batymetrie.

Na počátku batymetrických měření hloubek byla používána olovnice. Dnes je jednou z nejmodernějších a nejpoužívanějších metod pro získání informace o morfologii dna vodních nádrží technologie sonaru (SOund Navigation And Ranging) v kombinaci s metodou určení polohy GNSS-RTK (Global Navigation Satellite System – Real Time Kinematic). Na VN Nýrsko byla touto technologií v roce 2017 provedena testovací měřicí kampaň za účelem získání poznatků o morfologii dna. Pro zaměření vodárenské nádrže Nýrsko byla mimo jiné využita měřicí aparatura EcoMapper, která byla na území ČR testována poprvé. Pro doměření v blízkosti břehové linie a v oblasti sedimentačního kuželu zde byly využity dvě měřící aparatury RiverSurveyor M9, které byly neseny na míru sestrojeným trimaranem na dálkové ovládání a originálním plavidlem Hydroboard II.

Obr. 1. Pilotní lokalita – VN Nýrsko
Fig. 1. Pilot site Nýrsko water reservoir

AUV přístroje byly původně vyvíjeny především pro vojenské účely, v současnosti představují zařízení, která se využívají v široké škále hydrografického průzkumu. První pokusy o sestrojení AUV přístroje proběhly v roce 1957 na univerzitě ve Washingtonu. Pomocí prvních sestrojených AUV se zkoumala difúze, zvukový přenos a výzkum pohybu ve vodě. V průběhu 80. let minulého století se pak AUV přístroje začaly používat také na průzkumné a hydrografické účely [10].

Získáním digitálního modelu reliéfu (DMR), který bude reflektovat i požadovanou informaci o morfologii vodního dna, je možné analyzovat zásobní kapacity vodních toků a nádrží. Při využití optimálního postupu je možné kvantifikovat množství sedimentů ve vodních tocích či nádržích, sledovat jejich dynamiku, resp. identifikovat kritické body vstupu sedimentů do vodních toků a nádrží (tvorba sedimentačních kuželů) a v důsledku toho přijímat příslušná opatření, která množství deponovaných sedimentů ve vodních tocích a nádržích omezí.

Metodika sběru dat, průběhu měření a zpracování dat

Pilotní lokalita

Vodní nádrž Nýrsko se nachází na úpatí Šumavy na horním toku Úhlavy nad obcí Nýrsko, viz obr. 1 a 2. Stavba přehrady probíhala v letech 1965–1969. Hlavním účelem stavby je akumulace vody pro vodárenské účely. Vodní nádrž Nýrsko poskytuje pitnou vodu v oblasti Plzeňska, Klatovska a Domažlicka. Vzdušní líc je osázen stabilizačními dřevinami, přičemž vodní dílo dobře zapadá do okolní krajiny. Délka hráze v koruně je 320 m a výška nad terénem 36,2 m. Při levém břehu prochází hrází odpadní a komunikační štola, na jejímž začátku stojí kruhová věž sdruženého objektu, ve kterém je šachtový přeliv, dvě spodní výpusti a vodárenské odběry. Plocha povodí VN Nýrsko se rozkládá na 80,9 km2, délka vzdutí je 2,5 km, zatopená plocha činí 148 ha a objem je stanovený na 20,75 mil. m3. Nádrž se nachází v III. zóně chráněné krajinné oblasti Šumava.

Měřicí aparatura

Měřicí aparatura EcoMapper byla navržena tak, aby umožňovala rychlý sběr hloubkových dat, kvalitativních parametrů vody a detekci objektů pomocí side-scan sonaru (obr. 3). EcoMapper představuje přístroj, který je schopný samostatně se pohybovat po volné hladině nebo pod jejím povrchem v předem stanovené hloubce a vykonávat sofistikovaný záznam definovaných dat.

Obr. 2. Pilotní lokalita – VN Nýrsko, pohled jižně z tělesa hráze
Fig. 2. Pilot site Nýrsko water reservoir, a view south of the dyke body

Zařízení EcoMapper je tvořeno vysokovýkonným hardwarovým vybavením v kombinaci se sofistikovaným softwarem [11].

Z hlediska konstrukčního je EcoMapper tvořen třemi hlavními částmi. V přední sekci jsou umístěné senzory, které slouží k měření kvalitativních parametrů vody (pH, teplota, chlorofyl aj.), tlakový senzor a DVL senzor (Dopler Velocity Log), sloužící pro navigaci zařízení při misích pod vodní hladinou. Ve střední části zařízení jsou umístěny elektronické komponenty, baterie a integrovaná palubní jednotka. V zadní sekci je pak umístěný lodní šroub zajišťující pohyb zařízení a GPS anténa, která slouží pro navigaci v případě měření na hladině [11].

EcoMapper po dobu měření shromažďuje data předem stanovených parametrů v sekundových intervalech, ke kterým automaticky přidává lokalizační data. Pro měření batymetrie je možné využít tzv. bottom tracking (více-paprsčitý sonar) nebo single beam (jedno-paprsčitý sonar). Konkrétní možnosti nastavení a specifikaci hardwarových součástí detailně popisuje dokument viz [12].

Pro účely porovnání přesnosti získaných dat byla část VN Nýrsko v blízkosti hlavního přítoku (Úhlava) a v oblasti břehové linie zaměřena přístroji na bázi sonaru RiverSurveyor M9. Jedná se o zařízení, která primárně slouží pro měření průtoku na základě Dopplerova jevu – Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP). RiverSurveyor M9 však představuje robustní zařízení, které je možné využít i v případě měření batymetrie v rozsahu hloubek 0,2–80 m [13], což odpovídá hodnotám zaznamenaným při kampani na VN Nýrsko. Při instalaci této aparatury na poloautomatickém plavidle trimaran zde byla zaznamenána batymetrická data od 18 cm. Měřicí aparatura je velmi sofistikovaným zařízením kombinujícím ověřenou instrumentaci ADCP se softwarem pro osobní počítač nebo mobilní telefon. Přístrojové vybavení bylo testováno s velkou mírou přesnosti [14] a jeho kompletní specifikaci a možnosti využití popisuje dokument viz [13].

Obr. 3. Konstrukční provedení EcoMapper
Fig. 3. EcoMapper design

Pro potřeby měření na VN Nýrsko bylo první zařízení RiverSurveyor M9 připevněno na nosném plavidle, konstruovaném do podoby trimaranu, tj. nosné lodě disponující trupem lodi a dvěma stabilizačními plováky. Konstrukce trimaranu pro batymetrická měření vychází z požadavku na rychlost pořizování dat a stabilitu nosného plavidla, přičemž splňuje požadavek na poloautomatické měřicí zařízení, viz obr. 4 [15]. Druhé zařízení RiverSurveyor M9 bylo při měřicí kampani připevněno na originálním nosném plavidle Hydroboard II (obr. 5) dodávaném firmou SonTek. Toto plavidlo nedisponuje vlastním pohonem, proto je nutné jej při batymetrickém měření umístit za tažné plavidlo, v našem případě nafukovací člun s elektromotorem. Kompletní měřicí vybavení použité na lokalitě VN Nýrsko je prezentováno na obr. 6.

Příprava a průběh měření

Měřická kampaň byla provedena 2.–3. srpna v roce 2017 v příznivých meteorologických podmínkách, kdy nejvyšší teploty dosahovaly 26–30 °C a vanul mírný západní vítr o síle 3–7 m.s-1, který k večeru ustával. Vzhledem k vodárenským účelům nádrže bylo nutné před samotnou měřickou kampaní žádat o povolení vstupu na území VN Nýrsko na vodoprávním úřadu Klatovy. Po specifikaci účelu, délky pobytu a využití získaných poznatků bylo žádosti bez větších obtíží vyhověno a vlastní hydrografický výzkum mohl proběhnout.

Sběr dat pomocí přístrojového vybavení EcoMapper funguje na principu sledování předem připravené trasy tzv. mise, která je vytvářená v softwarovém prostředí VectorMap. Plánování mise zahrnuje nastavení navigačních bodů, jejich vzájemné vzdálenosti, hloubku ponoru, rychlost měření, nastavení konkrétních kvalitativních parametrů a bezpečnostních opatření. Po spuštění mise EcoMapper pracuje nezávisle na uživateli a pro navigaci využívá integrovaný systém GPS s korekcemi EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service). V průběhu jednotlivých misí EcoMapper sleduje trasu podle předem naprogramovaných bodů (waypointů). Po dokončení své mise EcoMapper využívá pro komunikaci vzdálené připojení plochy, které slouží na odesílání zaznamenaných dat přes bezdrátové Wi-Fi připojení a bezpečné ukončení mise [17].

Obr. 4. Konstrukční provedení plavidla trimaran
Fig. 4. Trimaran design

Sběr dat na VN Nýrsko s využitím EcoMapper byl proveden celkem ve třech misích. Vzhledem k měření na vodárenské nádrži, kde by se osoby bez povolení neměly pohybovat, a ke klidným povětrnostním podmínkám byla zvolena varianta trasování na hladině. Data byla získána křižováním nádrže, jak je znázorněno na obr. 7. Celkem bylo zaměřeno 37 677 bodů, přičemž minimální zaměřená hloubka byla 0,43 m a naopak maximální 28,83 m. Předem plánovaná trasa a rychlost plavidla byla volena s ohledem na celkovou kapacitu akumulátoru tak, aby EcoMapper vždy bezpečně dorazil na předem určený cílový bod. Sběr dat prostřednictvím EcoMapper je prezentován na obr. 8.

Měřicí kampaň zařízeními RiverSurveyor M9, která byla připevněna na trimaranu a Hydroboardu II, byla použita pro mapování především příbřežních zón u přítoku do nádrže. Pro daný účel (měření batymetrie v mělkých vodách) disponuje vhodnými vlastnostmi především trimaran, kdy je možné pořizovat batymetrická data již od hloubek cca 20 cm. Plavidlo disponuje vhodnou konstrukcí a splňuje vysoké manévrovací požadavky při mapování již zmíněných příbřežních zón. K vedení trimaranu slouží standardní dálkové ovládání, jehož hlavní předností je proporcionální řízení, což znamená, že je možné přidávat rychlost plynule nebo zvolit konstantní rychlost. Způsob ukotvení a vedení RiverSurveyoru M9 je vhodný na menší vodní plochy. V průběhu měřicí kampaně bylo pořízeno celkem 19 602 bodů. Data byla získána křižováním oblasti hlavního přítoku, přičemž vybraná ukázka pořízených dat je znázorněna na obr. 9.

Obr. 5. Konstrukční provedení plavidla Hydroboard II [16]
Fig. 5. Hydroboard II design [16]

Pro srovnávací analýzu bylo využito rovněž batymetrických dat Povodí Vltavy, s. p., která byla v roce 2010 pořízena měřícím člunem Joska – pořízeno bylo 516 811 bodů, přičemž trajektorie pořízených transektů je prezentována na obr. 10. Člun Joska je laminátový kajutový člun Quicksilver typ 650 obr. 11. Na měřenou lokalitu je dopravován na podvozku za terénním autem. Ultrazvuková měřicí aparatura firmy Meridata ty MD500 pořizuje data v souřadnicích X, Y, H, která jsou transformována do systému S-JTSK. Možnosti nasazení jsou na přehradních nádržích, rybnících a vodních tocích, kde jsou splněny podmínky pro umístění na vodní plochu, podmínky dostatečného manipulačního prostoru či nutného ponoru. Technologie umožňuje měření hloubky sedimentů, klasické měření hloubek i vyhledávání případných překážek. Minimální hloubka měření je vzhledem k ponoru člunu stanovena na 1 m, ta maximální je uváděna až do 200 m pod hladinou [18].

Obr. 6. Použité batymetrické vybavení při zaměřovací kampani na VN Nýrsko
Fig. 6. Used equipment for bathymetric surveying campaign on Nýrsko water reservoir

Výsledky

Zpracování a vyhodnocení získaných dat proběhlo pomocí nástrojů geoinformačního systému ArcGIS od firmy ESRI. Prvním krokem bylo stažení dat z jednotlivých datových úložišť používaných přístrojů pomocí připojení vzdálené plochy (Windows®) ve formátu ASCII, v souřadnicovém systému WGS 84 (World Geodetic System 1984). Dále byla data transformována do souřadnicového systému S-JTSK. Pro získání DMR dna nádrže a blízkého okolí se nabízí celá řada interpolačních metod (IDW, TIN, Topoto Raster aj.). Na základě poznatků z předešlé případové studie zaměřené na batymetrické mapování [19] pak byla vybrána geostatistická metoda kriging, která při porovnání s výše uvedenými metodami dosahovala nejlepších výsledků.

Jako první byla provedena změna velikosti gridu získaných dat do buněk o velikosti hrany 5 m. Z naměřených hodnot, které se protínaly s jednotlivými buňkami rastru, byla vypočítána průměrná hodnota buňky vstupující do interpolace. Takto připravená batymetrická data byla přepočítána na nadmořské výšky odečtením od aktuální kóty hladiny (519,5 m n. m.). Připravená batymetrická data byla spojena s výškovými údaji DMR 4G okolního terénu (buffer 500 m), pro účely lepšího zasazení do terénu a zpřesnění průběhu interpolace. Data DMR 4G byla využita na úkor přesnějších dat DMR 5G z důvodu nižších nákladů na pořízení a doplňující role těchto dat pro předkládanou případovou studii. Posledním krokem přípravy dat bylo odstranění batymetrických dat, která se vlivem změny velikosti gridu vyskytovala mimo zájmové území. Stejně tak byly odstraněny body z DMR 4G, které naopak do zájmového území zasahovaly.

Obr. 7. Trasování na VN Nýrsko – EcoMapper
Fig. 7. Tracking on Nýrsko water reservoir – EcoMapper

Analogicky jako pro data pořízená měřicí aparaturou EcoMapper, resp. RiverSurveyor M9, bylo postupováno i pro data poskytnutá od Povodí Vltavy, s. p. Takto získané DMR byly porovnávány mezi sebou, viz obr. 12 a 13, kde je prezentováno porovnání výsledné morfologie dna Joska vs. EcoMapper.

Obr. 8. EcoMapper při batymetrické misi v blízkosti sdruženého objektu
Fig. 8. EcoMapper on a bathymetric mission near a clustered object

Získané výsledky dokládají shodu jednotlivých měřických přístupů (A) v případě pravidelné morfologie dna (pravidelné členitosti) vodní nádrže. V případě proměnlivosti morfologie dna (B) je zřejmé, že v případě EcoMapperu nejsou podchycena tato specifika, což vychází z hustoty pořizovaných dat v rámci měřicí kampaně – viz srovnání obr. 79, resp. počtu pořízených bodů vstupujících do přípravy finálních DMR (EcoMapper 37 677, Joska 516 811). Obdobné poznatky byly získány i v případě porovnání výsledků z EcoMapperu, RiverSurveyoru a Josky, které jsou dokumentovány na obr. 13. Dílčí analýza byla provedena na vybraném příčném profilu u ústí vodního toku Úhlavy do VN Nýrsko. V dané lokalitě byla provedena detailní kampaň RiverSurveyorem M9, což dokládá i identifikace původního koryta vodního toku Úhlavy. Původní koryto řeky Úhlavy bylo také velmi dobře zachyceno při měřicí kampani, kterou provedlo Povodí Vltavy, s. p. Samotný širší záběr však opět dokládá vysokou shodu pořízených dat v rámci jednotlivých měřických zařízení.

Obr. 9. Trasování na VN Nýrsko – RiverSurveyor M9
Fig. 9. Tracking on Nýrsko water reservoir – RiverSurveyor M9

Diskuse

Bodová data zpravidla obsahují chyby, které ovlivňují výsledný model reliéfu dna vodní nádrže a navazující analýzy. Chyby mohou vznikat v různých fázích sběru i zpracování dat [20]. Jedna z nejzávažnějších chyb vyhodnocení batymetrických dat v morfologicky členitých vodních nádržích vzniká nedostatečnou hustotou měřených vzorků. Výsledný model reliéfu tak může být v těchto místech více ovlivněn interpolací než v místech, kde jsou data v husté síti. Naopak v malých vodních nádržích s miskovitým profilem není prioritou vysoká hustota odebraných vzorků, ale podrobně zaměřené předpokládané zlomové linie mezi břehy a dnem nádrže.

Obr. 10. Trasování na VN Nýrsko – Joska
Fig. 10. Tracking on Nýrsko water reservoir – Joska

Přestože velkou roli v přípravě DMR hraje zvolený postup zpracování dat a vybraná interpolační metoda, není možné u morfologicky členitých nádrží jakoukoliv metodou nahradit nedostatečně „hustou“ datovou sadu. Z toho vyplývá, že v případě potřeby detailního modelování morfologie, např. v zatopených lomech nebo při odhalování podvodního bohatství, je potřeba při využití výše popsaných, finančně dostupnějších technologií (single beam) zvýšit rozlišení zaměřených dat na maximum v závislosti na velikosti požadovaného detailu. V případě studií dynamiky sedimentu ve vodní nádrži, které budou reprezentativní v řádech cm, je nutné identické trasování podle předem zvolené trajektorie pro všechna období [21]. Proto pro takovouto studii se jeví jako ideální přístup technologie EcoMapperu, kdy můžeme několikrát využít předem zvolenou trajektorii, a reálně tak podchytit změny v mocnosti a dynamiku sedimentu v nádrži.

Obr. 11. Laminátový kajutový člun Joska – Quicksilver typ 650 [17]
Fig. 11. Laminated cabin boat Joska – Quicksilver typ 650 [17]

Alternativou pro časově náročné získávání dat jedním sonarovým paprskem jsou technologie mnoho-paprsčitého sonaru, jeho rozšířená verze v podobě interferometrického sonarového systému, boční sonar, výložníkový systém, parasound sub-bottom profiling nebo duální LiDAR. Tyto technologie se velmi rychle rozvíjejí a jejich detailní popis lze nalézt v certifikované metodice viz [22], kde se dále také autoři zabývají testováním v podmínkách ČR, cenovou dostupností testovaných technologií a možnými přístupy pro batymetrická měření.

Obr. 12. Porovnání výsledné morfologie dna (Joska vs. EcoMapper)
Fig. 12. Comparison of final bottom morphology (Joska vs EcoMapper)

Závěr

Hlavním cílem testovacího měření na VN Nýrsko měřící aparaturou EcoMapper bylo vytvoření, resp. aktualizování 3D topografie vodní nádrže. Dalším cílem bylo ověřit deklarovanou využitelnost aparatury a její přesnost v porovnání s daty získanými aparaturou RiverSurveyor M9 a daty poskytnutými od Povodí Vltavy, s. p.

Obr. 13. Porovnání výsledné morfologie dna (EcoMapper vs. RiverSurveyor M9 vs. Joska)
Fig. 13. Comparison of final bottom morphology (EcoMapper vs RiverSurveyor M9 vs Joska)

Získané výsledky vykazují vysokou shodu z pohledu pořízených dat jednotlivými přístupy (RiverSurveyor M9, EcoMapper, Joska). Sběr dat prostřednictvím jednotlivých zařízení poskytuje řadu výhod, které předurčují jejich širší využití. Na druhé straně je nutné rovněž reflektovat omezení, která je nutné zohlednit při prováděných měřeních jednotlivými aparaturami. Výhody trimaranu lze spatřovat především ve vysoké operabilitě a schopnosti měřit i v mělkých vodách, rychlém sestavení měřicí aparatury a mobilitě měření. Nevýhody spočívají především v časové náročnosti při pořizování datových sad – omezení na malé vodní nádrže. Zařízení EcoMapper naopak poskytuje zcela autonomní systém, který je vhodný nejen pro batymetrii sledování dynamiky sedimentů, ale i pro monitoring kvality vody, rozložení rychlostí aj. Poskytuje rovněž měření na místech, kde není dovoleno motorové plavidlo (vodárenské zdroje). Dále nabízí vysokou variabilitu z pohledu volby hustoty pořizovaných dat za předem jasně specifikovaných podmínek a zaručuje měření v předem určené trase.

Naměřené datové zdroje poskytují vysoce kvalitní podklad pro následné pokročilé analýzy v geografických informačních systémech. Výsledné datové zdroje jsou následně využitelné při kvantifikaci množství sedimentů, projektové činnosti, matematickém modelování, případně pro zobrazování a prezentaci dat o jakosti vody v případě měřicí aparatury EcoMapper.

Poděkování

Tento příspěvek vznikl za podpory Technologické agentury ČR, projektu číslo TH02030399 Sledování množství a kvality sedimentů ve vodních tocích a nádržích za účelem snižování znečištění z nebodových zdrojů. Příspěvek vznikl rovněž za podpory řešení projektu VEGA-2-0058-15 Analýza miery vplyvu sedimentov na interakciu povrchových tokov s podzemnými vodami pri implementácii progresívnych metód merania.

Posted by & filed under Aplikovaná ekologie.

Souhrn

Příspěvek nastiňuje možnosti vybraných metod hodnocení životního prostředí. Jeho cílem je upozornit na vzrůstající potřebu věnovat se této integrální vědní disciplíně více i v České republice.

fotografie: Ing. Tomáš Sezima, Ph.D.

Úvod

Životní prostředí (Environment) je systém složený z přírodních, umělých a sociálních složek materiálního světa, jež jsou, nebo mohou být s uvažovaným objektem ve stálé interakci. Je to vše, co vytváří přirozené podmínky existence organismů, včetně člověka, a je předpokladem jejich dalšího vývoje. Podle § 2 zákona č. 17/1992 Sb., o životním prostředí, je složkami myšleno především ovzduší, voda, horniny, půda, organismy, ekosystémy a energie [1].

Trvale udržitelný rozvoj je většinou chápán jako jeden z hlavních principů Evropské unie, sestávající se ze tří hlavních pilířů, a to z udržitelnosti ekonomické, sociální a environmentální.

V oblasti environmentální politiky je kromě principu trvale udržitelného rozvoje uplatňován ještě zejména princip prevence a obezřetnosti, únosné zátěže, uvážlivého hospodaření s přírodními zdroji, přímé zodpovědnosti, sanace a restituce.

Na úseku životního prostředí se mohou hodnotit jednak různé ukazatele a složky, dále opatření, včetně jejich efektivity, anebo různá opatření v kombinacích a seskupeních, zpracovaná v různých projektových návrzích, a to včetně vyhodnocení z pohledu poměru „výkon (efektivnost)/cena“.

Komplexní hodnocení životního prostředí České republiky je prováděno ve Zprávě o životním prostředí ČR.

Každé hodnocení je důležité pro zjištění, zda-li bylo dosaženo vytyčených cílů, popř. s jakou efektivitou či s jakými finančními náklady.

Metody hodnocení v Evropské unii

V Evropské unii je doporučováno a také prováděno hodnocení zejména pomocí metod nákladově-výstupové analýzy efektivnosti Cost-Effectiveness Analysis (dále jen CEA), nákladově-přínosové analýzy Cost-Benefit Analysis (dále jen CBA) a dále popř. také různými vybranými metodami multikriteriálního hodnocení Multi-Criteria Analysis (dále jen MCA).

Metoda CEA byla vyvinuta v padesátých letech minulého století ve Spojených státech amerických jako nástroj pro rozhodování mezi požadavky kladenými zejména Ministerstvem obrany a Armádou na zbrojní programy atd. Jedná se původně o metodu hodnocení předmětů nebo alternativ řešení. Účelem analýzy efektivnosti nákladů je zjistit, který projekt/program nebo varianta projektu/programu může dosáhnout stanovených cílů při co nejnižších nákladech. CEA se používá k identifikaci nejvíce nákladově-efektivní strategie z množiny možných variant, které mají podobné výsledky.

Vzhledem k tomu, že analýza efektivnosti nákladů (CEA) úzce souvisí s analýzou nákladů a přínosů (CBA), lze kombinaci těchto metod využít při hodnocení projektů nebo programů opatření. Pomocí této nákladově-přínosové analytické metody lze u realizovaných projektů porovnat různé alternativy s podobnými cíli a změřit jejich efektivitu z hlediska vynakládaných nákladů. Dále lze taktéž metodu využít v rámci hodnocení očekávaných dopadů alternativních opatření ještě dříve, než jsou realizována (ex-ante), nebo k evaluaci účinnosti opatření, která již byla zrealizována (ex-post).

Výsledky CEA jsou častokrát integrovány do multikriteriální analýzy (MCA), která umožňuje kombinaci různých kritérií pro rozhodování v různých formátech.

Analýza nákladů a užitků (Cost-Benefit Analysis, CBA) je důležitá metoda, která sleduje ekonomickou efektivnost možné alternativy posuzovaného projektu, ať už v soukromém, nebo veřejném sektoru.

CBA je nástroj, který umožňuje srovnání nákladů a přínosů, a podle této analýzy lze určit, která alternativa projektu je z hlediska ekonomické efektivnosti nejvýhodnější.

Aby mohla být CBA dobře provedena, musí být prováděna podle přesně logického postupu (metodiky). Nejznámější metodiky CBA jsou např. podle Boardmana [3] a nově i podle manuálů a doporučení EU [4, 5].

Problematické zůstává ohodnocování (oceňování) užitků na úseku životního prostředí. Oceňování lze provádět jen v konkrétních kontextech daného území podle nejvhodnější metody oceňování. Velmi významný je posun k přírodě blízkým opatřením [2].

Oceňování statků životního prostředí

Metody oceňování statků životního prostředí (ŽP) můžeme rozdělit na:

  • metody tržního oceňování statků ŽP – používají se u statků, se kterými se již na trhu obchoduje (odvozují hodnotu statků ŽP na základě ceny, kterou již trh danému statku stanovil, obvykle historickým vývojem),
  • mimotržní oceňovací techniky – používají se u statků, se kterými se na trhu neobchoduje, a je nutné zjistit jejich hodnotu jiným způsobem. Použít lze např. preferenční metody, které vycházejí z preferencí spotřebitelů (odvozují hodnotu statků ŽP na základě chování, kterým vyjadřujeme, jakou hodnotu pro nás daný statek má), a nepreferenční metody, které jsou založeny na expertním hodnocení (odvozují hodnotu statků ŽP na základě názoru odborníků).

Přehled základních oceňovacích metod je znázorněn na obr. 1.

Multikriteriální analýza je metoda, která se používá při rozhodování mezi několika alternativami, přičemž se (na rozdíl od lineárního programování) nepřipouští současně více výsledných alternativ, a závěrem analýzy by měla být vždy pouze alternativa jediná. Předpokladem použití multikriteriální analýzy je větší počet kvantifikovatelných kritérií, která zahrnujeme do rozhodování.

Metoda se skládá minimálně ze čtyř navazujících kroků:

  • identifikace alternativ a kritérií,
  • ohodnocení (kvantifikace) kritérií,
  • přidělení vah (normalizace),
  • výpočet ohodnocení.

Multikriteriální analýza se zabývá hodnocením možných alternativ podle několika kritérií, přičemž alternativa hodnocená podle jednoho kritéria zpravidla nebývá nejlépe hodnocená podle kritéria jiného. Metody vícekriteriálního rozhodování poté řeší disbalance mezi vzájemně protikladnými kritérii. Jde o metodu, která má za cíl shrnout a utřídit informace o variantních projektech.

Obr. 1. Oceňovací metody (zdroj: Ekonomie životního prostředí, dostupné z: http://fzp.ujep.cz)
Fig. 1. Valuation methods (source: Ekonomie životního prostředí)

Vícekriteriální rozhodování vzniká všude tam, kde rozhodovatel hodnotí důsledky své volby podle několika kritérií, a to kritérií kvantitativních, která se zpravidla vyjadřují v přirozených stupnicích (hovoříme také o číselných kritériích) nebo kritérií kvalitativních, kdy zavádíme vhodnou stupnici, např. stupnice klasifikační, nebo stupnice velmi vysoký – vysoký – průměrný – nízký – velmi nízký a současně definujeme směr lepšího hodnocení, tj. zda je lepší maximální nebo minimální hodnota (klesající nebo stoupající hodnoty). Je-li k dispozici seznam kritérií i seznam rozhodovacích variant, je nutné zvážit, jakou formu by mělo konečné rozhodnutí mít.

Metody MCA

Multikriteriální rozhodování je vždy analytický hierarchický proces [6]. Důležitým krokem při hodnocení vícekriteriálních problémů je stanovení vah (významu kritérií). Pro jejich určení je možné využít širší spektrum metod. Jednou z možných alternativ je metoda bodovací. Tato metoda patří mezi výpočetně nejméně náročné, ale současně kvalita výsledků získaných jejím prostřednictvím je nižší. Metoda bývá také označována jako alokace 100 bodů [7]. Problém spočívá v tom, že řešitel musí být schopen kvantitativně ohodnotit důležitost kritérií. Toto je však často velmi obtížné vzhledem k různorodosti sledovaných kritérií. Pro zvolenou bodovací stupnici musí řešitel ohodnotit i-té kritérium hodnotou bi ležící v dané stupnici. Čím je kritérium důležitější, tím je bodové ohodnocení vyšší. Řešitel nemusí volit pouze celá čísla z dané stupnice a může přiřadit stejnou hodnotu i více kritériím. Bodovací metoda sice vyžaduje od řešitele kvantitativní ohodnocení kritérií, ale umožňuje diferencovanější vyjádření subjektivních preferencí než například metoda pořadí. Výpočet váhy se provádí podle vzorce (1) [7].

Váhy jednotlivých kritérií leží v intervalu <0, 1>, a tedy se jedná o váhy normalizované do jednoho intervalu (1). Tato metoda je zatížena velkým stupněm subjektivity v hodnocení respondenta.

Další možností je využití Saatyho postupu binomického hodnocení. Saatyho metoda je založena na kvantitativním párovém srovnání kritérií. Při vytváření párových srovnání S = (sij), i, j = 1, 2, …, k, se často používá stupnice 1–9. Prvky matice sij jsou interpretovány jako odhady podílu i-tého kritéria a j-tého kritéria. Saatyho metoda je tedy založena na určení váhy jednotlivých kritérií – na stanovení vzájemné preference [7]. V případě každé dvojice kritérií se stanovuje hodnota síly vzájemné preference, která je poté zapsána do matice. Hodnocení je založeno na využití bodové stupnice uvedené v tabulce 1 [8].

Tabulka 1. Systém hodnocení jednotlivých kritérií
Table 1. The system of evaluation of individual criteria

Pro citlivější vyjádření preferencí, na základě principů manažerského rozhodování [8], je možné použít i další mezistupně (2, 4, 6, 8, 10). Velikost preferencí i-tého kritéria proti j-tému kritériu můžeme uspořádat do Saatyho matice, jejíž prvky sij představují odhady podílů vah kritérií (kolikrát je jedno kritérium významnější než druhé), podle vztahu (2) [7].

Matice S je čtvercového řádu n x n a pro její prvky platí [7]:

Matice je tedy ve své podstatě reciproční a na její diagonále jsou vždy hodnoty jedna. Toto je dáno faktem, že každé kritérium je samo o sobě rovnocenné. Pro určení konečných vah každého kritéria je pak používán normalizovaný geometrický průměr řádků Saatyho matice, vztah (4) [7].

Saatyho princip hodnocení je výhodný vzhledem k tomu, že redukuje hodnocení respondenta na porovnání dvou kritérií (variant).

Závěry a doporučení

Nástroje vícekriteriálního rozhodování umožňují do hodnocení zahrnout široké spektrum kategoriálně odlišných kritérií. Každá z metod je do jisté míry zatížena subjektivním postojem řešitele. Minimalizaci tohoto vlivu lze dosáhnout především u Saatyho metody, kdy je pevně stanoveno hodnocení vah, ze kterého musí řešitel vyjít. Navíc je škála deskriptorů od sebe oddělena hodnotou dvou bodů, díky čemuž dochází k většímu oddělení vah. Za další výhodu můžeme označit fakt, že hodnocení je založeno na porovnání dvou kritérií, kdy ostatní nebereme v úvahu.

Vzhledem k uvedeným faktům se jako efektivní jeví využití nástrojů vícekriteriálního rozhodování v kombinaci s přístupem CBA (Cost-Benefit Analysis). Tento fakt je podpořen různorodostí kritérií, kterými můžeme problémy v oblasti životního prostředí hodnotit, ale také požadavky na ekonomické vyhodnocování prováděných opatření. Výhodou kombinace obou přístupů je také možnost opakovaného hodnocení, a tedy verifikace dosaženého zlepšení.

Posted by & filed under Ze světa vodního hospodářství.

Za více jak 20 let se v ČR nepostavilo žádné významné vodní dílo, a naopak došlo ke značné redukci lokalit, které jsou hájeny pro výstavbu přehrad. Jak vnímáte tuto situaci z pohledu své životní zkušenosti?

Na konci 20. století se vodohospodáři mj. zaměřili na výzkum řízení vodohospodářských procesů v podmínkách neurčitosti. Snad proto mě někdy později zaujala stať ze zcela jiné oblasti, nazvaná Dějiny ve věku nejistot. Jejím autorem byl náš významný historik Dušan Třeštík. Ten po roce 1989 publikoval originální stati a eseje, zahrnující aktuální problémy z různých oblastí života společnosti, např. byrokratizaci vědy a dalších oblastí, vliv médií atd. (v originální útlé brožuře s názvem Mysliti dějiny, 1998 i jinde). Jako historik měl ve svých úvahách zakotvenu existenci trvalého zápasu o vliv a moc jako motivaci společenského vývoje, o čemž technici zpravidla příliš nepřemýšlejí.

Současná doba se vyznačuje tím, že ochrana přírody a ekologie jsou vedle vznešeného poslání též významnými prostředky v onom historickém zápase o moc. Vodní nádrže a přehrady se celosvětově staly jedním z bojišť, kde se to odehrává již půl století. Věcné argumenty tu pak ztrácejí účinnost. Po roce 1994 světová banka iniciovala vznik pracovní skupiny, v níž početně vyváženě byli zastoupeni představitelé ekologie a špičky z oblasti výstavby vodních děl. Byla vydána jakási závěrečná zpráva, k níž se členové skupiny nehlásili, prokazující, že žádné sblížení východisek neexistuje. Zpráva byla kritizována z nejrůznějších stran. I tento výsledek prokázal, že není racionální hledat nějaká obecná východiska. Proto se nadále budou publikovat prohlášení o škodlivosti velkých vodních nádrží. Nemůže nás zarážet sdělení z Bruselu, že zelená infrastruktura zabrání povodním i suchu, když výpovědi od Kosmovy kroniky po současnost i naše čerstvé poznatky prokazují, že nezabrání.

Můj postoj k této problematice nemůže být neutrální. Po dobu více než dvacet let jsem se aktivně podílel na vytváření moderní metodologie vodohospodářských řešení nádrží pro zásobování vodou a ochranu před povodněmi v týmu pod vedením Ladislava Votruby. Tu jsem rovněž měl možnost se podrobně seznámit s pozoruhodným bohatstvím dat naší říční hydrologie, zásluhou nichž je možno vcelku spolehlivě řešit např. různé scénáře dopadu změn klimatu na odtokové poměry u nás. Měl jsem bezprostřední podíl na rozvoji našeho vodního hospodářství.

Že se u nás za posledních dvacet pět let žádné významné vodní dílo s nádrží nepostavilo, je zarážející, zejména ve vztahu k opakovanému výskytu extrémních hydrologických jevů – povodní i sucha. Obdobná situace na počátku 20. století přispěla k postupnému rozmachu výstavby nádrží, kterou později výrazně podporoval nově vzniklý Československý stát a rozpracované projekty se dokončovaly v některých případech až v době druhé světové války.

Na počátku éry poválečné obnovy extrémní sucho v roce 1947 a další krátce na to 1950–1954 podnítilo mimořádné aktivity našich vodohospodářů, a to nejen v přípravě a realizaci nových projektů, ale zejména v oblasti koncepcí. Jejich dílo, nazvané Státní vodohospodářský plán (SVP), zahrnující bilanci vodního bohatství státu, celosvětově předstihlo dobu, stejně tak prosazení zásady správy významných vodních toků a vodních děl na nich v rámci ucelených povodí. Kdyby se jejich myšlenek využilo např. při vytváření Rámcové směrnice EU o vodě, mohla být pojata komplexněji. Tehdy naši vodohospodáři prožívali šťastné období – v rámci poválečného období byla vodohospodářská výstavba v celé Evropě plně rozvinuta. Významná vodní díla se budovala nejen ve Švýcarsku, Francii či Itálii, ale např. i ve Finsku, zemi známé existencí více než 180 tisíc přirozených jezer.

Závažné problémy, které bylo u nás nutno řešit v rámci celkové společenské a ekonomické transformace po roce 1989 a následujícího rozdělení Československa na dva samostatné státy, zatlačily vodohospodářskou problematiku někam dozadu, dokonce výrazné několikaleté sucho v té době prošlo prakticky bez zájmu veřejnosti. Výrazný zlom, hlavně v zájmu medií, přinesla až mimořádná povodeň v létě 1997 v povodí Odry, Moravy a horního Labe. Občané mohli sledovat probíhající katastrofické události na obrazovkách televizorů. Přesto ale v té době stačilo prohlášení typu „dosavadní koncepce ochrany před povodněmi selhaly“, aby se paralyzovaly snahy odborníků o aktualizaci některých vodohospodářských projektů v postižených oblastech.

V následujících letech se s podporou státu uskutečnila významná výstavba staveb povodňové prevence, bohužel na zpracování náročných projektů, v nichž by nádrže měly přinést zásadní efekt, nebylo dost času. Vybudovaly se některé „suché“ nádrže s lokálním protipovodňovým účinkem. Při jejich přípravě uplatňují orgány ochrany přírody požadavek, aby v zájmu biologické kontinuity vodního toku došlo k zadržení vody jen za povodňových epizod. Tu dochází k rozporu se zákonem o vodách a zejména potřebou systematicky ověřovat technický stav a bezpečnost těchto vzdouvacích objektů, což bez programově připraveného občasného naplnění a řízeného vyprázdnění nádrže není dobře možné. Výsledkem pak je zvýšené riziko, že dílo, které má zachycovat povodně, může být v průběhu povodně porušeno. Takové absurdní stavy, vyplývající ze střetu zájmů – ochrany před povodněmi a ochrany přírody – by měl stát urychleně řešit.

Stále častěji se opakující a bohužel i prodlužující suché periody prokazují potřebnost existence multifunkčních vodních děl (nádrží) před výstavbou jednoúčelových suchých nádrží. Odborníkům se ale nedaří laické veřejnosti tuto potřebnost vysvětlit. V čem si myslíte, že je hlavní problém?

Za stavu, kdy se prosazují tendence nestavět žádná další vodní díla na tocích, je velmi obtížné prosazovat ty, jejichž vodohospodářské účinky jsou sdruženy do jedné soustavy – s významnou zásobní i ochrannou funkcí vodní nádrže. V soudobém přístupu musí být současně zahrnuta problematika celého dotčeného povodí s množstvím dílčích opatření. Příprava těchto víceúčelových děl je náročná, stejně tak zajištění množství podkladů, v průběhu procesu schvalování je nutno očekávat vážné komplikace.

Z nádrží, které byly zahrnuty do vládního usnesení k „suchu“, je jako víceúčelovou možno označit tu v povodí Vláry. Původně zahrnutý Pěčín pod Orlickými horami, byl záhy zastaven, což se ostatně vícekrát odehrálo již před rokem 1989.

S ohledem na budoucnost a dopady změny klimatu, přinášející další hydrologické extrémy, považuji za významné, aby bez ohledu na současný stav se intenzivně pracovalo na projektových studiích, včetně podmínek proveditelnosti, potenciálně nejefektivnějších vodních děl. Z pohledu EU to může být chápáno negativně, je však zřejmé, že žádná její směrnice nemůže postihnout značně rozdílné konkrétní hydrologické poměry např. u nás, na Maltě, v Nizozemí či Finsku. I proto např. ve Španělsku v zásadě nejsou proti redukci výstavby dalších nádrží, ovšem poté, až rychle zrealizují více než sto připravených projektů. Tu zřejmě nějaký byrokratický předpis nemůže paralyzovat vodohospodářské potřeby suverénního státu.

Prof. Ing. Vojtěch Broža, DrSc., (vpravo) při diskusi s Ing. Miroslavem Loutockým (vlevo) (zdroj: www.ckait.cz)

Pokud jde o výrazné omezení počtu chráněných lokalit v zájmu výstavby nádrží někdy v budoucnu, nemá to smysl ani z hlediska ochrany přírody. Tu bych očekával shodu na podstatně větším počtu lokalit. Důvody, proč se tak nestalo, zřejmě nejsou věcného charakteru. Pokud se v budoucnu ukáže hrozba kritického nedostatku vody, všechny současné „dohody“ budou odloženy a budou se přijímat i nestandardní postupy pro nápravu stavu. Časové hledisko pak bude všem na obtíž – dostatek času prostě nebude.

V průběhu svého profesního života jste měl možnost z projekčního hlediska ovlivnit významná vodní díla jako Hracholusky nebo např. Vrchlice, které z nich bylo pro Vás nejzajímavější a na které nejraději vzpomínáte?

Již za studií na fakultě jsem měl příležitost pracovat v Hydroprojektu na technickém projektu vodního díla Orlík. Velmi mě to zaujalo a představoval jsem si, že po promoci budu působit jako projektant. Vše se však vyvinulo jinak a zůstal jsem na vysoké škole. Tehdy byla přijata směrnice o spolupráci s praxí. Jednou z prvních zakázek byla problematika sdruženého objektu VD Hracholusky. Pak následovalo moje dlouhodobé zapojení do problematiky realizace VD Vrchlice – od přípravy až po uvedení do provozu. Velmi si cením své účasti na rekonstrukci přehrady Mšeno v Jizerských horách, kde jsme spolu s J. Bláhou z Povodí Labe prosadili vyražení štoly v oblasti založení objektu v zájmu kontroly průsaků a vztlaků. Takový postup se opakoval na více našich starých přehradách. Z dalších vodních děl to byl např. Vír, Nechranice, Morávka, Mostiště atd. Po léta jsem aktivně spolupracoval s odborníky TBD na problematice bezpečnosti přehrad.

Úzkou spolupráci s praxí a podíl na řešení konkrétních závažných problémů považuji za zásadní pro odborný růst vysokoškolských pracovníků. Když se dnes preferuje jakýsi byrokratický systém jejich hodnocení a spolupráce s praxí se podceňuje, odporuje to tradici ČVUT. Jsem rád, že moji mladší pracovníci na katedře jsou ve spolupráci s praxí nadále aktivní, i když to dnes nic nepřináší pro jejich kariéru. Pro hodnotu jejich odbornosti nesporně ano.

Patříte ke generaci významných českých hydrotechniků, na které se generace dnešních čtyřicátníků dívá jako na legendy. Koho jste naopak vnímal jako legendu Vy a kdo Vás nejvíce ovlivnil?

Když jsem nastoupil na katedru vodních staveb fakulty inženýrského stavitelství ČVUT jako studentská síla, byl vedoucím katedry a zároveň rektorem ČVUT Theodor Ježdík, velmi výrazná osobnost ČVUT již od předválečného období. Již od nástupu a zejména po ukončení vysokoškolských studií jsem pracoval pod vedením L. Votruby, mimořádné osobnosti, velmi zaujatého vysokoškolského pedagoga, pro něhož měl student, který se zajímal aktivně o obor, vždy přednost přede vším. Sám jsem byl bezprostředně zapojen do výzkumných aktivit s možností značné samostatnosti. L. Votruba v 60. letech 20. století rozvinul v rámci našeho členství v mezinárodní přehradní asociaci (ICOLD) myšlenku vytvořit relativně široký aktiv vodohospodářských odborníků, který by se věnoval přenášení nových poznatků ze světa do naší praxe. I do těchto aktivit jsem byl zapojen, a díky jim jsem se seznámil s mnohými špičkovými vodohospodáři, mnohdy i podstatě staršími než já. Od nich jsem měl možnost získávat mnohé – hlavně mimo akademickou půdu.

Od mládí jsem byl činný ve vysokoškolském sportu, zajímala mě klasická hudba a stále víc historie. Proto připomínám znovu Dušana Třeštíka, který byl věkově na tom zhruba stejně jako já. Vedle historických prací z 10. století mě velmi zaujaly jeho stati k aktuálním otázkám naší společnosti. Měl jsem možnost se s ním setkat i osobně, bohužel po mém soudu velmi předčasně zemřel, protože lékařský obor přes explozivní rozvoj ještě všechno nezvládá.

Bylo by nespravedlivé opomenout mladší spolupracovníky na katedře a jejich pozitivní vztah ke mně.

Na závěr bych rád připojil poznámku, že se málo zabýváme vodou jako velmi významnou součástí krajiny, v níž žijeme. Nerozčilují nás vyschlá koryta potoků v období sucha ani vyprahlé pobřežní zóny. Bez rozpaků se plavíme po hladině zasažené množstvím sinic, někdy se v takových vodách i koupeme atd.

Problematika vody v přírodním i urbanizovaném prostředí by asi měla být trvale v popředí našeho zájmu, ne jako mocenský nástroj, ale něco, co je blízké našemu srdci.

Posted by & filed under Ze světa vodního hospodářství.

Pro mnohé to je nejkrásnější přehrada u nás, s unikátními romantickými prvky na koruně. Je vedena v seznamu národních kulturních památek ČR pod poněkud zvláštním označením Vodní elektrárna – přehrada Les Království v Bílé Třemešné, i když to zřejmě není zásluhou samotné vodní elektrárny.

V průběhu let se měnilo oficiální označení vodního díla; ještě v roce 1975 je uváděno pod názvem VD Bílá Třemešná, jindy se psalo VD Nad Dvorem Králové a někteří patrioti by se rádi vrátili k původnímu (snad) označení Tešnov.

Pro vodohospodáře je cenné, že myšlenka vybudovat toto vodní dílo se zrodila již na počátku 20. století, kdy se u nás prosazovaly názory na potřebu hospodařit s vodou a po varovných zkušenostech s velkými povodněmi též chránit se před extrémními povodňovými škodami.

Povodně v letech 1890 a 1897 vyvolaly požadavky na úpravu odtokových poměrů v nejvíce postižených povodích. To zřejmě přispělo k přijetí mnohem šířeji pojatého říšského zákona (v roce 1903), z něhož bez odkladů vzešla i operativní reakce zemského úřadu – záměr na úpravy na Labi pod Špindlerovým Mlýnem až po Jaroměř, v nichž byla zahrnuta též výstavba přehrad Labská a Les Království (podle dnešního označení)

V přehradním místě u Bílé Třemešné se začalo s výstavbou v roce 1910 a až do vypuknutí války (1914) práce probíhaly plynule. Pak došlo k zásadním omezením, takže se výstavba přehrady a nádrže protáhla až do roku 1919 (na rozdíl od Labské přehrady dokončené v roce 1916 – snad proto, že nesla v názvu jméno císaře pána). V letech 1920–1923 byla vybudována vodní elektrárna o výkonu 2,21 MW, snahy o vyšší instalovaný výkon a špičkový provoz vyzněly naprázdno – pro obtíže spojené s realizací vyrovnávací nádrže.

Z dnešního pohledu jde i tak o pozoruhodné lhůty výstavby, svými parametry vodního dílo dosáhlo některé rekordy, např. šlo o dosud největší objem nádrže u nás (9,159 mil. m3); dnes se s ohledem na množství zachycených materiálů v nádrži uvádí jen 7,26 mil m3. Vodní nádrž byla víceúčelová, i když dominantní byla ochrana před povodněmi; nebylo zanedbáno ani nadlepšování minimálních průtoků, zvažovala se rovněž dodávka vody pro závlahy níže pod vodním dílem.

Dokončení výstavby VD Les Království spadalo do prvních vodohospodářských akcí nového státu, který z dob Rakouska-Uherska „zdědil“ některá vodní díla, zároveň však i mnohé problémy. Mimo jiné bylo nutno odborně reagovat na válečnou katastrofu přehrady na Bílé Desné, a pokud jde o Les Království, již při prvním napouštění nádrže se ukázaly mimořádně velké průsaky podložím přehrady. Východiska se hledala v použití tehdy málo rozvinuté technologie injektáže, jako účinné se však ukázalo až vybudování levobřežní těsnicí zdi zasahující směrem do nádrže až 182 m, na niž později navázal další těsnicí prvek, zasahující do hloubky levého svahu. Potřeba dotěsňovat podloží se ostatně ukázala vícekrát v průběhu let provozu, naposledy v letech l996–1997.

Přes tyto významné provozní problémy vodní dílo dobře plnilo požadované funkce, hlavně snižování povodňových průtoků v Labi, a to včetně extrémních povodní v roce 1997 a dalších. Přitom správce vodního díla opakovaně prováděl zásahy zejména v zájmu vyšší kapacity a operativnosti spodních výpustí, s cílem co nejvíce využít retenčního potenciálu díla. Provoz vodního díla zřejmě vyžadoval kvalifikovanou a zejména soustavnou péči o funkční spolehlivost a technický stav celého vodohospodářského komplexu. Rovněž vodní elektrárna prodělala opakované rekonstrukce.

Závažné problémy jsou dlouhodobě spojeny s vodní nádrží, zaujímající kaňonovité údolí Labe. Jejich hlavní příčinou byly odpadní vody z provozů výroby papíru a celulózy v Krkonoších. Toto odvětví se tu rozvíjelo od poloviny 19. století, nejvýznamnější nárůst výroby však nastal po roce 1950. Odpadní vody hlavně z papíren v Hostinném se v důsledku nezvládnuté technologie čištění staly velkou zátěží pro mnohakilometrový úsek Labe, mj. znečištěním vodního toku s výrazným zápachem. Trvající stav se postupně stal závažným politickým problémem, který se nakonec (po roce 1975) řešil změnou výrobního programu papíren, v rámci něhož bylo možno problém odpadních vod zvládnout. To vše se událo až za situace, kdy v nádrži bylo usazeno velké množství plavenin (odhadem přes 1,5 milionu m3), o nichž se uvažovalo jako o průmyslovém odpadu. Zásadním přínosem však bylo vytvoření podmínek pro postupnou obnovu dobrého stavu prostředí nádrže. Zejména se postupně omezoval charakteristický zápach a dospělo se k záměru vytěžit usazené materiály. Ukázalo se, že převážně jde materiály transportované vodou z lesních popř. zemědělských ploch z povodí přesahujícího rozlohou 500 km2, ovšem kontaminované papírenskými odpady.

Hlavní problém spočívá v tom, jak a kam uložit takové množství materiálu, což nepochybně vyvolá extrémní náklady. Zřejmě se taková akce vymyká z možností správce vodního díla, Povodí Labe, státní podnik. Na problém je nepochybně třeba nahlížet jako na řešení staré ekologické zátěže.

Významným technickým problémem je odvodnění usazeného materiálu a ochrana Labe pod nádrží před znečištěním v průběhu těžebních prací.

Tyto závažné skutečnosti zřejmě oddálily globální řešení sanace nádrže, v současné době se podařilo zajistit systematické odstraňování spláví transportovaného do nádrže, které je zachycováno pomocí clony na hladině, osazené v místě s dobrým přístupem ze silnice.

Na závěr je možno shrnout, že za sto let svého života VD Les Království spolehlivě plnilo své funkce a díky soustavné péči o jeho technický stav a bezpečnost naznačuje dobrou kondici do dalších desetiletí.

V období předválečné Československé republiky vodohospodářská výstavba v oblasti horního Labe se zaměřila hlavně na výstavbu významných jezů s vodními elektrárnami, což bylo spojeno s úpravami úseků vodních toků. Ty ostatně probíhaly jako soustavné zásahy na dalších tocích. Výstavba vodních nádrží se realizovala na přítocích, např. VD Seč na Chrudimce a VD Pastviny na Divoké Orlici. Po roce 1950, již v prvním období poválečné obnovy, přibyla soustava Křižanovice – Práčov na Chrudimce.

V éře tzv. socialistické výstavby z vodohospodářského hlediska nebyl ve východních Čechách rozvoj zvlášť pozoruhodný. Výjimkou byla nádrž na Rozkošském potoce s převodem vody z Úpy (1972), která byla motivována potřebou nadlepšovat průtoky na dlouhém úseku Labe. Další doporučované projekty vodních děl, včetně klíčové nádrže v oblasti horního Labe, byly opakovaně odkládány – rozhodující „činitelé“ zřejmě měli jiné priority. Pro řešení napjaté situace v zásobování pitnou vodou bylo nutno dodatečně „použít“ již dříve postavených VD Křižanovice, popř. Seč.

Po roce 1989 a po vzniku České republiky před dvaceti pěti lety a také po nástupu období extrémních povodní (od roku 1997) nebyl v oblasti realizován žádný projekt v zájmu posílení možností hospodaření s vodou. S podporou státu se uskutečnila výstavba suchých nádrží a množství dalších protipovodňových opatření, další akce se připravují (např. suchá nádrž Mělčany). Velmi populární se stala výstavba popř. obnova malých vodních elektráren s využitím dříve vybudovaných jezů.

V rámci vládních opatření vyvolaných extrémním suchým obdobím na našem území byla oživena myšlenka vybudovat několik vodních nádrží, ve východních Čechách významné víceúčelové vodní dílo Pěčín na Zdobnici. S ohledem na reálné lhůty realizace takových veřejných staveb jde o záměr, který může veřejnosti pomoci tak za dalších pětadvacet let. Proto nemůže pomoci v kritické situaci letošního podzimu, kdy při dalším pokračování období bez srážek mohou extrémně nízké průtoky v Labi narušit i provoz elektrárny Opatovice – včetně dodávky tepla pro Hradec Králové, Pardubice a další obce. Navíc v přípravě VD Pěčín se zatím nepokračuje.

Posted by & filed under Ze světa vodního hospodářství.

Dne 11. září 2018 proběhl na Novotného lávce v Praze pod záštitou odborné skupiny Odpadní vody-čistota vod při ČVTVHS, z. s., a ve spolupráci s odbornou skupinou ČAO při České asociaci pro vodu akreditovaný seminář zaměřený na revize domovních čistíren o velikosti do 50 EO. Hlavním cílem semináře bylo zhodnotit dosavadní zkušenosti s procesem revizí, které odborně způsobilé osoby (OZO) provádějí od roku 2012, a představit návrh novely metodického pokynu k provádění revizí podle § 15a vodního zákona č. 254/201 Sb., ve znění pozdějších předpisů. Seminář byl určen pro pracovníky vodoprávních úřadů, ale účastnili se jej i pracovníci z řad OZO a státních podniků Povodí (celkem 59 účastníků).

Domovní čistírnu odpadních vod do 50 EO je dnes možno legalizovat dvěma možnými způsoby: stavebník může zažádat vodoprávní úřad o klasické vodoprávní povolení k vypouštění odpadních vod do vod povrchových nebo podzemních podle § 8 odst. 1 písm. c), nebo pokud je DČOV deklarována jako výrobek v souladu s harmonizovanou technickou specifikací (nese označení CE), může ji ohlásit jako vodní dílo podle § 15a vodního zákona. Vodoprávní úřad má možnost rozhodnout, který ze způsobů je na základě místních podmínek vhodnější.

Impulz novelizovat metodický pokyn k provádění revizí po šestileté praxi vzešel od Ministerstva životního prostředí. Ing. Ivana Beděrková z odboru ochrany vod představila hlavní důvody změn i konkrétní návrhy, především zjednodušení formuláře revizní zprávy, aby se tak snížil rozsah písemné agendy při předpokládaném nárůstu využívání ohlašování v budoucnu. Zpracovatelé VÚV TGM, v. v. i., ve spolupráci s MŽP a školiteli OZO Ing. Karlem Plotěným a Ing. Martinem Kollerem připravili novelizovaný metodický pokyn, který na semináři prezentoval Ing. Tomáš Mičaník, Ph.D. Ve všeobecné shodě zúčastněných je doporučeno, aby se současný formulář revizní zprávy v příloze č. 1 metodického pokynu po dílčích úpravách stal metodickým podkladem OZO pro provedení revize a stručná revizní zpráva s provedenými závěry a fotodokumentací se stala přílohou č. 2 (pouze tato by byla zasílána vodoprávnímu úřadu). Z dalších úprav je možno zmínit požadování praxe OZO v oblasti čištění odpadních vod i u autorizovaných inženýrů a techniků, úpravu povinného vybavení pro provedení revize, začlenění kontroly neporušitelnosti poklopu DČOV z technických i bezpečnostních důvodů a upuštění od kontroly způsobu likvidace přebytečného kalu. Způsob bodového hodnocení DČOV a celkového hodnocení zůstávají nezměněny.

V navazujících přednáškách dopoledního bloku semináře Ing. Karel Plotěný, jednatel společnosti ASIO, s. r. o., a Ing. Marek Jilemnický z Magistrátu města Mladá Boleslav představili své zkušenosti z praxe. Je potřeba říci, že tyto přednášky zaznamenaly největší úspěch. Byly v nich představeny konkrétní problémy nefunkčnosti ČOV, nekázeň uživatelů ČOV, kvalita provedených revizí a administrace vodoprávních úřadů. Tyto jsou většinou pracovně přetíženy a prostor pro kontrolu, zda provozovatelé plní povinnosti vyplývající z § 59 odst. 1 písm. k) vodního zákona, není dostačující. Záleží také na způsobu vedení agendy úřadem.

Který ze způsobů legalizace DČOV je v kterých případech vhodnější, prezentoval Ing. Martin Koller, který je školitelem OZO a revize i sám provádí. Je důležité, aby revize měla pro provozovatele spíše „školící charakter“ a úroveň obsluhy ČOV tak vzrůstala. Nelze také jednoznačně říci, který ze způsobů legalizace je lepší, vždy záleží na konkrétních podmínkách.

Odpolední blok přednášek odborníků odboru technologie vody a odpadů VÚV TGM, v. v. i., byl zaměřen na technologický aspekt DČOV. Ing. Věra Štiková ve spolupráci s Martinem Peškem z Technického a zkušebního ústavu stavebního Praha, s. p., uvedla účastníky semináře do problematiky prokazování shody DČOV (harmonizované technické specifikace). Ty stanovují úkoly při posuzování a ověřování stálosti vlastností výrobků jak pro oznámený subjekt, tak i pro výrobce, a na jejich základě jsou uváděny a hodnoceny příslušné charakteristiky (vlastnosti) výrobku. Hodnocenými vlastnostmi jsou: účinnost čištění, kapacita/výkonnost čištění, vodotěsnost, únosnost (stabilita konstrukce), trvanlivost, protipožární odolnost, obsah nebezpečných látek v konstrukčních materiálech. Část z těchto zkoušek (účinnost čištění) je realizována i ve zkušebně VÚV TGM, v. v. i. O tom, jak taková zkouška probíhá a co všechno obsahuje, nás seznámila Ing. Jana Čejková. Probíhá za definovaných podmínek ve zkušební hale a prokazuje splnění účinnosti čištění v jednotlivých parametrech (minimálně BSK5, CHSK a NL) deklarované výrobcem. Ing. Jiří Kučera prezentoval, na co se zaměřit při zhodnocení funkčnosti DČOV v reálném provozu. Také provedl srovnání náročnosti provozování DČOV vs. jímky na vyvážení.

Poslední přednáška zobecnila podněty pro zefektivnění revizí do budoucna. Jsou to zvláště: součinnost vodoprávních úřadů, OZO a MŽP, zlepšení vedení evidence DČOV na vodoprávních úřadech (kontrola zasílání revizních zpráv), větší důslednost kontrol ze strany OZO, zjednodušení administrace (návrh ohlašování revizí prostřednictvím ISPOP), proškolení obsluhy ze strany firem prodávajících DČOV. Výrobci DČOV by měli také přesněji specifikovat nároky na údržbu svých výrobků včetně periodicity jednotlivých úkonů (často deklarovány jako „bezúdržbová“). Účelné by bylo přenesení některých povinností z metodického pokynu do legislativního předpisu (vodního zákona nebo vyhlášky), zvl. termínování povinnosti provedení první revize do šesti měsíců od zprovoznění ČOV.

Seminář byl účastníky hodnocen jako přínosný s přáním jeho uspořádání i v příštím roce.

Posted by & filed under Ze světa vodního hospodářství.

Tradiční setkání vodohospodářské veřejnosti, zástupců státní správy a samosprávy, které se již vžilo pod označením Národní dialog o vodě, se konalo ve dnech 18.–19. září 2018. Letošní, již osmé pokračování akce, přineslo dvě organizační změny. Předně podzimní termín konání a nově také místo – poprvé účastníky přivítal hotel Skalský Dvůr na Vysočině. Akce byla připravena Českou vědeckotechnickou vodohospodářskou společností (ČVTVHS, z. s.) ve spolupráci s Výzkumným ústavem vodohospodářským T. G. Masaryka, v. v. i. (dále jen VÚV TGM). Odborným garantem akce byl Ing. Karel Drbal, Ph.D., (VÚV TGM) a organizačním garantem pak Ing. Václav Bečvář, CSc. (ČVTVHS, z. s.).

Téma letošního ročníku Národního dialogu o vodě, které se neslo pod názvem: Vodní hospodářství a veřejné zájmy, již samo o sobě otevřelo řadu otázek. Akce si kladla za cíl nalézt, alespoň na některé z nich, přiléhavé odpovědi. Zejména, co vše je věcí veřejného zájmu ve vodním hospodářství, kde a jak veřejný zájem vzniká, kdo jej formuluje, reprezentuje a hájí atd. Formát akce a zejména přítomnost 77 účastníků nabídly různé pohledy na shodné problematiky vodního hospodářství a životního prostředí z úrovně státní správy, samosprávy, správců a odborné veřejnosti.

V úvodním dopoledním bloku vyhrazeném pro čestné hosty, vystoupil se zdravicí a představením VÚV TGM jeho ředitel pan Ing. Tomáš Urban. Připomněl, že jak založení ústavu před 99 lety, tak jeho současná forma, coby veřejné výzkumné instituce, odráží naplňování řady veřejných zájmů. Ty mohou a jsou vnímány různě. Závěrem prezentace zaznělo pozvání účastníků setkání na oslavy 100. výročí založení ústavu v příštím roce. K aktuální problematice sucha a nedostatku vody zazněl příspěvek od předsedy ČVTVHS, z. s., a ředitele ČHMÚ pana Mgr. Marka Riedera. Zde posluchači získali ucelenou představu o všech významných iniciativách, které jsou z vládní (resortní) i parlamentní úrovně vedeny s cílem přijímat klíčová rozhodnutí, jak předcházet a snižovat dopady nedostatku vody. Následoval podrobný vhled do aktivit Ministerstva zemědělství v oboru VH, který přednesl pan Ing. Daniel Pokorný, ředitel odboru státní správy ve vodním hospodářství a správy povodí. Ministerstvo životního prostředí v úvodním bloku prezentoval pan Ing. Evžen Zavadil, vedoucí oddělení ochrany vod a zástupce ředitele odboru ochrany vod. Milým hostem byla paní senátorka Ing. Bc. Anna Hubáčková, která se problematikou vody jako složky životního prostředí zabývá celou svou profesní kariéru a mohla poskytnout účastníkům setkání praktické zkušenosti z vyjednávání samospráv na komunální, krajské úrovni při posuzování různých mnohdy kolizních zájmů.

Vodní hospodářství a veřejné zájmy je téma, které může být uchopeno mnoha způsoby a ani tak není jisté, že budou zodpovězeny beze zbytku všechny související otázky. Aby dialog byl dialogem, bylo snahou organizátorů vytvořit maximální prostor pro řízené diskuse, které byly uvozeny celkem patnácti příspěvky.

Úvodní přednáškou se pan JUDr. Zdeněk Horáček, Ph.D., (Ambruz & Dark Deloitte Legal, s. r. o.) věnoval aplikaci pojmu veřejný zájem ve vodním právu. Již formulace veřejného zájmu není jednoduchým procesem, protože není možné vymezit pouze jeden univerzální zájem, který by byl nadřazen všem ostatním, dílčím. Zde byl připomenut nález Ústavního soudu (28. 6. 2005, sp. zn. Pl. ÚS 24/04), podle kterého by veřejný zájem v konkrétní věci měl být zjišťován v průběhu správního řízení na základě poměřování nejrůznějších partikulárních zájmů, po zvážení všech rozporů a připomínek. Z odůvodnění správního rozhodnutí pak musí zřetelně vyplynout, proč veřejný zájem převážil nad řadou jiných partikulárních zájmů. Veřejný zájem je třeba nalézt v procesu rozhodování o určité otázce a nelze jej v konkrétní věci a priori stanovit. Z těchto důvodů je zjišťování veřejného zájmu v konkrétním případě typicky pravomocí moci výkonné a nikoliv zákonodárné. Za připomenutí stojí princip definování konkrétního veřejného zájmu přímo zákonem, který jako návrh řešení zazněl v řadě dalších příspěvků. Zmíněný princip „deklarování veřejného zájmu v konkrétně určené věci zákonem“, pokládá Ústavní soud za protiústavní.

Nad potřebou definování veřejného zájmu ve vodním zákoně se zamýšlela ve svém vystoupení paní prom. práv. Jaroslava Nietscheová z Povodí Vltavy, s. p., vycházela ze skutečností, se kterými se správci povodí v praxi setkávají. V různých situacích zpravidla existuje pluralita veřejných zájmů. Veřejný zájem je nutno chápat jako možnost státu (veřejné moci) žádat po kterékoliv právnické nebo fyzické osobě, aby něco konala, něčeho se zdržela nebo něco strpěla. V oblasti vodního hospodářství je zákonem č. 254/2001 Sb., o vodách a o změně některých zákonů (vodní zákon), ve znění pozdějších předpisů, veřejný zájem deklarován nebo zohledněn v řadě ustanovení. Za výslovný veřejný zájem je možno považovat stanovení ochranných pásem vodních zdrojů (§ 30 odst. 1). Dále je veřejný zájem uveden § 52 odst. 2 (povinnosti vlastníků staveb a zařízení v korytech vodních toků nebo sousedících s nimi), § 56 odst. 4 (stavby k VH melioracím pozemků), § 59 odst. 5 (povinnosti vlastníků vodních děl) nebo § 62 odst. 2 (povinnosti vlastníků a stavebníků vodních děl při technicko-bezpečnostním dohledu). Závěrem bylo doporučeno zvážit ve smyslu přijaté koncepce vodního hospodářství, které další povinnosti a omezení prohlásí zákon za veřejný zájem, a tím je vyloučí z rozhodování při vodoprávním řízení před vodoprávními úřady.

Podrobný exkurz i do etymologických analýz a filozofických úvah umožnil účastníkům Národního dialogu pan Ing. Arnošt Kult z VÚV TGM svojí přednáškou nazvanou: Historický, sociologický, politologický a právní rozbor pojmu „veřejný zájem“. V úvodu zdůraznil neurčitost, která se váže k sousloví veřejný zájem a dále konstataci, že se nejedná pouze o pojem úzce právní, ale lze jej spíše označit za pojem společenskovědní. V tomto širším pojetí se mnohdy hovoří i o tzv. společenském či celospolečenském zájmu (případně v EU používaném obecném zájmu). V přednášce byl dále věnován prostor dalším souvisejícím pojmům a jejich případným proměnám v historickém kontextu: veřejnost, veřejné záležitosti, veřejné mínění, veřejný statek, obecné dobro. Nicméně závěrem bylo uvedeno, že každý dílčí veřejný zájem lze „rozdělit“ na složku ryze „racionální“ a spíše „iracionální“, která je většinou určována velmi těžce „uchopitelným“ a neustále se měnícím (rovněž v návaznosti na v dané době převažující politické „tendence“) veřejným míněním.

První blok přednášek uzavřelo vystoupení, ve kterém pan RNDr. Josef K. Fuksa, CSc., (VÚV TGM) odpovídal na otázku: K čemu jsou nám řeky dobré – co formuje veřejný zájem? Proto, aby bylo možné přistoupit ke specifikaci veřejného zájmu na vodních tocích, uvedl autor podrobný přehled funkcí toků v současné krajině. Je-li pominut důležitý „kulturní“ aspekt – řeky jsou historickou součástí krajiny, dějin, našich domovů atd., nabídl autor sdělení dva základní přístupy, které existují a uplatňují se současně: (i) přírodní funkce (historická i současná tvorba krajiny, transport vody, ekosystémy); (ii) antropogenní přístup (zdroje, recipient odpadních vod, energetika, doprava). Přednáška směřovala k zobecnění současného rozporu/kompromisu mezi uvedenými přístupy. K vymezení veřejného zájmu pak bylo doporučeno: těsnější vazba současných právních nástrojů na Rámcovou směrnici o vodách (ve znění čl. 1), respektování vodních toků (vody obecně) jako dlouhodobého společného zdroje, který vyžaduje soustavnou ochranu; s tím související aktivní aplikace principu předběžné opatrnosti včetně zapojení ekosystémových služeb.

Odpolední blok semináře byl zahájen přednáškou „Vodní hospodářství a faktor veřejného zájmu“, kterou za nepřítomného autora, pana RNDr. Pavla Punčocháře, CSc., (MZe) přednesl pan Ing. Daniel Pokorný. V úvodní části navázal na výkladovou část přecházejících sdělení, nicméně zdůraznil, že veřejný zájem představuje právní kategorii, která ohraničuje specifické chování jak individuální, tak, v určitých případech, také státní (pokud by byla omezována základní občanská práva). Ačkoliv se jedná v praxi o velmi frekventovaný termín, není přesně definován a v mnoha právních předpisech jsou uvedeny odkazy ve vazbě na různé činnosti, omezení, prosazování. Je otázkou, zda specifikaci důvodů uplatnění v konkrétních situacích by měly obsahovat jednotlivé zákony. Nosným tématem přednášky byla tzv. „konkurence“ veřejných zájmů, kdy současné způsoby řešení, např. formou meziresortních dohod, jsou mnohdy problematické a orgány státní správy zjevně nejsou konečnou instancí rozhodování. S pokračujícími důsledky změny klimatu v oblasti vodního hospodářství se dostáváme do „konkursu“ uplatňování veřejného zájmu stále častěji, přičemž způsoby řešení chybějí jak pro individuální chování, tak pro postoje resortů. Zdá se, že nejobtížnější je řešení „nadřazenosti“ v případě ochrany kvality života obyvatel v porovnání s ochranou organismů v přírodních ekosystémech (tj. ochranou přírody). Zda se bude dařit „meziresortní“ vyjednávání je závislé především na jednajících osobách, což samozřejmě nastoluje kritiku subjektivní podjatosti. Rozhodování soudu v těchto případech je (politicky) neschůdné. Řešení zjevně nepřináší dikce vodního zákona, že harmonizaci zajistí „plánování v oblasti vod jako trvalá koncepční činnost“. V rámci prezentace bylo připomenuto několik příkladů chybného řešení „konkurence“ veřejných zájmů z poslední doby (odpor obce Nové Heřminovy vůči realizaci záměru ochrany regionu před povodněmi, změna konceptu nádrže Mělčany, ukončení přípravy nádrže Pěčín a zejména snižování počtu hájených lokalit pro potřeby výstavby přehradních nádrží viz Generel území chráněných pro akumulaci povrchových vod).

Jednotlivé veřejné zájmy zajišťované činnostmi podniků Povodí podrobně a přehledně uvedl pan Dr. Ing. Antonín Tůma z Povodí Moravy, s. p. Mezi činnosti vykonávané v rámci „veřejného zájmu“ náleží správa povodí definovaná vodním zákonem představující správu a monitoring povrchových vod, jejich ochranu a zabezpečení jejich hospodárného a účelného využívání včetně ochrany vodních zdrojů, ochrany před povodněmi v rámci vodohospodářského plánování. Vodohospodářské plánování je v tomto smyslu kontinuální a koncepční činnost vykonávaná v rámci veřejného zájmu s historickou tradicí v našich zemích. Podrobně k tématu vodohospodářského plánování v historických souvislostech vystoupil s další přednáškou pan Ing. Miroslav Foltýn (vedoucí útvaru vodohospodářského plánování, Povodí Moravy, s. p.). Chronologicky byl uveden přehled vývoje vodního hospodářství, jeho právních a koncepčních dokumentů v návaznosti na měnící se potřeby společnosti. Nicméně nechyběl ani pohled na aktuální a někdy bolestivá dílčí témata VH plánování (nejednoznačná metodická podpora procesu plánování, nejasná závaznost realizací potřebných opatření, mnohá opatření nejsou v kompetenci oboru vodního hospodářství atd.).

Na úkoly VH plánování navázala svým vystoupením paní RNDr. Hana Prchalová (VÚV TGM), když se zaměřila na veřejný zájem v plánech povodí podle Rámcové směrnice o vodách. Právě uvedená směrnice zmiňuje veřejný zájem v čl. 4, kde jsou definovány environmentální cíle a případné výjimky z těchto cílů. I když je nadřazený veřejný zájem výslovně uveden pro aplikaci čl. 4.7 (výjimky důsledkem vlivu nově změněných fyzikálních poměrů v útvaru povrchové vody nebo změn hladin útvarů podzemní vody), seznam možných tzv. uznatelných užívání je vyjmenován u identifikace silně ovlivněných vodních útvarů. Mezi uznatelná užívání patří tyto „užitečné funkce“: (i) širší okolí, (ii) plavba, včetně přístavních zařízení, nebo rekreace, (iii) činnosti, pro něž je voda jímána, jako je zásobování pitnou vodou, výroba elektrické energie nebo závlahy, (iv) úprava vodních poměrů, ochrana před povodněmi, odvodňování, nebo (v) jiné stejně důležité trvalé rozvojové činnosti člověka. V české metodice určení silně ovlivněných vodních útvarů z roku 2013 byl seznam uznatelných užívání dále zpřesněn (např. do trvalé rozvojové činnosti člověka byly zahrnuty chov ryb v rámci vodních útvarů v kategorii jezero a odběry vod pro průmysl). Protože uznatelné užívání je zároveň důležitým prvkem pro stanovení ekologického potenciálu (tedy cíle jsou podřízeny tomuto užívání), probíhá v současné době nové upřesnění užitečných funkcí mezi Ministerstvem zemědělství a Ministerstvem životního prostředí. Zároveň výsledek uznatelných užívání by měl být použit jako podklad pro uplatnění výjimek podle čl. 4.7, neboť hlavní rozdíl mezi identifikací silně ovlivněných vodních útvarů a aplikací čl. 4.7 je v tom, že při identifikaci silně ovlivněných útvarů se jedná o již existující užívání (a následné ovlivnění), kdežto při aplikaci čl. 4.7 se jedná o nové, plánované užívání a změny.

S úvahou na téma: „Je voda samozřejmost nebo národní bohatství“ vystoupil Ing. Václav Hlaváček, CSc. (Agrární komora ČR). V polemické odpovědi bylo zdůrazněno, že voda jako surovina je velkou částí společnosti vnímána spíše jako samozřejmost a odpovídá tomu mnohdy nešetrné nakládání s vodou. Příčinu a rezervy je třeba vidět již ve výchově dětí a mládeže, aby bylo dosaženo jiného, odpovědného postoje k vodě. Změny k lepšímu a hospodárnému užívání vody není možné více odkládat a je třeba uplatnit celou škálu vhodných a promyšlených opatření.

Druhý den semináře byl zahájen tématem – Územní plánování ve veřejném zájmu: teorie a praxe. Velice zajímavou přednáškou představila paní Ing. Věra Třísková, z Krajského úřadu Jihočeského kraje, nástroje, které nám skýtá zákon 183/2006 Sb., o územním plánování a stavebním řádu, a leckdy ne zcela šťastné jejich uplatnění v praxi. Úvodem byly připomenuty cíle územního plánování (ÚP), které mj. sledují dosažení obecně prospěšného souladu veřejných a soukromých zájmů na rozvoji území. Současně úlohou orgánů ÚP je koordinace veřejných i soukromých záměrů změn v území, výstavby a jiných činností, které ovlivňují rozvoj území a konkretizují ochranu veřejných zájmů. Dále územní plánování ve veřejném zájmu chrání a rozvíjí přírodní, kulturní a civilizační hodnoty území, včetně urbanistického, architektonického a archeologického dědictví. Přitom chrání krajinu jako podstatnou složku prostředí života obyvatel a základ jejich totožnosti. S ohledem na to určuje podmínky pro hospodárné využívání zastavěného území a zajišťuje ochranu nezastavěného území a nezastavitelných pozemků. I když v porovnání s jinými právními předpisy lze usuzovat, že cíle územního plánování jsou ve stavebním zákoně podrobněji uvedeny, přesto příklady z praxe ukazují, že ne vždy je dodržen „duch zákona“ či dalších předpisů. Jedním z uvedených příkladů bylo umisťování kolizní aktivity do záplavového území, kde se ve výsledku jedná o nesoulad se závazným nástrojem ÚP s celostátní působností, kterým je Politika územního rozvoje ČR, resp. její aktualizace č. 1 z roku 2015.

V další přednášce se pan Ing. Petr Tušil, Ph.D., MBA, (VÚV TGM) zaměřil na problematiku nadřazeného veřejného zájmu s ohledem na uplatnění požadavků a podmínek čl. 4.7 Rámcové směrnice 2000/60/ES (RSV). Ve svém sdělení podrobně přiblížil případ záměru realizace MVE v Rakousku, který nicméně skončil až u Evropského soudního dvora. Výsledkem tedy byla soudní kauza Evropská komise (EK) versus Rakouská republika. Spor spočíval ve skutečnosti, že EK vytýkala Rakousku, že povolením výstavby vodní elektrárny na řece Schwarze Sulm, nebyly splněny povinnosti, které vyplývají z ustanovení čl. 4 odst. 1 a 7 RSV. Současně EK uváděla argument, že nelze ani uplatnit výjimku ze zákazu zhoršení podle čl. 4.7 RSV. Nicméně rakouská strana se opírala o rozhodnutí z roku 2007 povolit projekt vodní elektrárny vedoucí případně ke zhoršení stavu útvaru povrchové vody, jelikož všechny podmínky stanovené v RSV čl. 4.7 byly dodrženy. Navíc zmíněné rozhodnutí bylo přijato po provedení řízení, v němž bylo právně přezkoumáno a posouzeno celkové stanovisko týkající se existence nadřazeného veřejného zájmu s přihlédnutím k cílům RSV a účinkům, které bude mít tento projekt na regionální a lokální úrovni. Důležité je poznamenat, že v případě sporného projektu rakouské úřady velmi podrobně analyzovaly a poměřily očekávané přínosy oproti skutečnosti zhoršení stavu vodního útvaru. Byl doložen cíl výstavby MVE rozvoj energie z obnovitelných zdrojů, což odpovídá nadřazenému veřejnému zájmu, to bylo jednoznačně potvrzeno návaznou studií a veřejný zájem tedy výrazně převážil nad zjištěnými zásahy do environmentálních cílů. Protože EK nedoložila konkrétní výtky k závěrům studie, soudní dvůr konstatoval, že EK tvrzené nesplnění povinností neprokázala a žaloba byla zamítnuta jako neopodstatněná.

Jiný pohled na obsah pojmu veřejný zájem nabídl pan RNDr. Jan Daňhelka, Ph.D., z ČHMÚ. Zabýval se otázkou, nakolik je požadavek pořizovat informace o vodě právě veřejným zájmem. Připomenul milníky, události a konání historických postav, které vedly k zahájení organizovaných měření a vyhodnocování hydrosféry u nás v roce 1875 jako veřejné služby. Současně s uvedením vývoje těchto nároků a požadavků k dnešku byla hledána odpověď na související otázku, zda by hydrologická data mohla být pořizována na komerčním principu. Na základě srozumitelných simulací shrnutí hlavních aspektů, které tvoří užitnou hodnotu služeb, dospěla úvaha k závěru, že získávání dat o vodě naplňuje charakter veřejného zájmu, hlavně proto, že zjevně nenaplňují znaky zájmu soukromého. Zajištění informací o vodě by na komerčním principu zřejmě fungovat nemohlo, pokud by úhrada nebyla zajištěna z veřejných peněz a tedy pořizovatelem stát.

Čtvrtý blok přednášek zahájil pan Ing. Arnošt Kult (VÚV TGM) příspěvkem: Veřejný charakter povrchových vod – historický přehled příslušné právní úpravy. Poměrně podrobný historickoprávní přehled byl zahájen vhledem do významu pojmů a rozdělení právních věcí v římském právu. Veřejnoprávnost řek, zde byla vymezena ve smyslu tzv. „res publica“ (věc veřejná) – tj. patřící římským občanům. Obdobně rakouský Obecný zákoník občanský z roku 1811, který platil i pro území Čech, Moravy a Slezska prakticky až do roku 1950, pojímal věci veřejné jako obecný statek či veřejný majetek. Podle Ústavy ČSSR (zákon č. 100/1960 Sb.) byly vodní toky pokládány za tzv. národní majetek. Po roce 1989 došlo bohužel k úplnému zrušení příslušného článku – nová Ústava České republiky (zákon č. 1/1993 Sb.) již majetkoprávní charakter povrchových vod neřešila s ohledem na předpoklad, že příslušná ustanovení budou obsažena pouze v zákonu speciálním, tj. v zákonu o vodách. Před vydáním zákona č. 254/2001 Sb., o vodách a o změně některých zákonů (vodní zákon), probíhala na dané téma široká odborná diskuse. Nakonec bylo rozhodnuto (i s ohledem na určité obavy z možné „privatizace“ vodních toků) tak, že povrchové vody nebudou pojímány jako předmět vlastnictví (tedy též ne veřejného) – a že budou zahrnuty do kategorie „res nullius“ (věc nikoho, „věc bez pána“). Autor příspěvku vznesl pouze námět na možnou další odbornou diskusi na dané téma (vycházel též z té skutečnosti, že poměrně „vyhrocená“ teoreticko-právní diskuse z devadesátých let minulého století nebyla dosud zcela rozhodnuta) – a to, zda by nebylo vhodné se v případné novelizované právní úpravě „vrátit“ zpět k osvědčenému majetkoprávnímu pojetí povrchových vod obsaženému jak v „klasických“ definicích římského práva, tak i v Obecném zákoníku občanském z roku 1811.

Další sdělení zaměřilo pozornost na povodňovou problematiku, resp. na vývoj míry povodňového ohrožení v ČR. Na základě zpracovaných dat, která byla pořízena v průběhu let 2009 až 2016, dokumentoval Ing. Karel Drbal, Ph.D., (VÚV TGM) negativní trend, totiž zvyšování potenciálních škod v tzv. záplavových územích (ZÚ). Jedná se paradoxně o území, jejichž vymezení podle § 65 zákona č. 254/2001 Sb. o vodách patří mezi povodňová přípravná opatření. V současnosti jsou v ČR stanovena ZÚ celkem na cca 15 tis. km úseků vodních toků. Silné restrikce (viz § 67 vodního zákona) jsou definovány v tzv. aktivních zónách záplavových území. Těchto je stanoveno na cca 12,5 tis. km úseků toků. Uvedené skutečnosti je třeba vnímat optikou, že informace a podklady o povodňovém nebezpečí, ohrožení a rizicích jsou známé a zmapované pro drtivou většinu lokalit v České republice. Současně všichni bychom měli mít ještě v živé paměti téměř dvě povodňové dekády. Nicméně přesto v případě 250 obcí ze 787 (obce, kde mezi lety 2009–2016 nedošlo ke změně plochy rozlivu Q100) se zvýšil podíl trvale bydlících osob právě v ZÚ o více než 20 %. Uvedené znamená, že se zvyšují povodňová rizika, náklady na realizaci a provoz účinných opatření do budoucna jak preventivních, tak i operativních. Jistě není ve veřejném (většinovém) zájmu ochrana majetků za každou cenu.

Poslední příspěvek pana Ing. Stanislava Žateckého z akciové společnosti Vodní díla – technicko-bezpečnostní dohled se obsáhlým způsobem věnoval využití malých vodních (MVN) a suchých nádrží (SN) jako opatření snižování dopadů povodní a nedostatku vody v obdobích sucha. V souvislosti s ochrannou funkcí bylo konstatováno, že suchá nádrž je totiž jedním z mála typů vodních děl tolerovaných orgány ochrany přírody a ekologickými sdruženími. Nicméně protože se jedná o jednoduchý typ klasické ochranné, resp. retenční, nádrže, je zásadní nevýhodou těchto opatření právě jejich jednoúčelovost, a tím málo efektivní využití investičních prostředků na jejich výstavbu. Jelikož hydrologické extrémy nadbytku a nedostatku vody se sice nepravidelně, ale přeci jen střídají, nejeví se jako efektivní (hospodárné, logické) budovat jednoúčelová zařízení. Důvody, proč tomu tak ve skutečnosti je, jsou spatřovány: v nekoncepčnosti, v politickém populismu, v toleranci orgánů ochrany přírody ke zdánlivě „přírodě bližším projektům“ a příčinou je také „krátká paměť“ obyvatel, kdy se většinou řeší jen aktuální a akutně nepříjemné problémy, a ty i nedávné se odkládají a neřeší. Další nepříjemnou skutečností je mnohdy problematické zajištění minimálních zůstatkových průtoků (MZP) u malých vodních nádrží, protože řada z nich není vybavena vhodným výpustným zařízením. Veřejný zájem je v této souvislosti spatřován právě v potřebě výstavby nových víceúčelových nádrží, kterými bude možno zajistit zásobní funkci a alespoň MZP pod vodním dílem. Pokud dojde k návrhu změny stávající suché nádrže na víceúčelovou, je nezbytné prověřit použité zeminy v tělese hráze a dořešit případné dotěsnění, nejen dostavbu výpustného zařízení.

Všechny zmíněné příspěvky splnily zamýšlený účel, tedy iniciovat diskuse ke všem souvisejícím otázkám. Diskuse mnohdy pokračovaly i mimo programové bloky o přestávkách a v průběhu společenského večera. Byl tak využit charakteristický a typický znak semináře – dialog. I když nelze předpokládat, že ve všech problematikách všichni účastníci dosáhli názorového konsenzu, splnil letošní Národní dialog o vodě svůj cíl. Zahájit diskusi na mnohdy velmi abstraktní téma, seznámit účastníky s růzností pohledů a vnímání obsahu pojmu veřejný zájem ve vodním hospodářství.

Posted by & filed under Ze světa vodního hospodářství.

Již více než 60 let je ve Výzkumném ústavu vodohospodářském řešena problematika výskytu a chování radioaktivních látek ve vodě. Se sledováním přírodních a umělých radionuklidů v hydrosféře započal již v roce 1956 tým pod vedením Dr. Ing. Jaroslava Bulíčka. Zpočátku hlavním úkolem bylo sledování množství a jakosti důlních vod z těžby uranu v lokalitách Jáchymov, Příbram, Stráž pod Ralskem, Tachov, Okrouhlá Radouň a Dolní Rožínka a jejich vliv na jakost povrchových vod, do kterých byly důlní vody z provozu podniku Český uranový průmysl (později DIAMO, s. p.) zaústěny. Současně se zahájením těchto prací bylo třeba vyvinout metody na stanovení celkových objemových aktivit alfa a beta a jednotlivých radionuklidů, zejména radonu 222, radia 226 a přírodního uranu.

S rozvojem prací byli do oddělení postupně přijímáni další pracovníci, a to p.ch. Jan Pazderník, RNDr. Jaromír Justýn, CSc., vyškolený v problematice radio-biologie v hydrologické laboratoři AV ČR, dále Ing. Adolf Mansfeld, CSc., který vystudoval radiochemii na Lomonosovově univerzitě v Moskvě, absolventi Průmyslové školy jaderné techniky Jaroslav Hájek, Jarmila Vokáčová a Milada Světová a dále Hana Kalová a Eduard Hanslík, který si následně doplnil vzdělání externím studiem na Vysoké škole chemicko-technologické. V letech 1964 až 1969 vystudoval obor technologie vody a na téže instituci obhájil v roce 1980 i vědeckou aspiranturu. Absolvoval také hydrologický kurz UNESCO na Lomonosovově univerzitě v Moskvě a stal se vedoucím oddělení Jakosti povrchových vod, v roce 1987 vedoucím odboru Procesů změn jakosti vod a od roku 1991 byl vedoucím útvaru Radioekologie, který byl následně včleněn do sekce Jakosti vod a ochrany ekosystémů – nyní Referenční laboratoř složek životního prostředí a odpadů. Do roku 1990 docházelo jen k malým personálním změnám, po tomto roce pak byli postupně přijímáni noví pracovníci: Ing. Barbora Sedlářová, RNDr. Diana Marešová, Ph.D., Ing. Eva Juranová, Ing. Irena Pohlová, Bc. Martina Kluganostová, Michal Novák a Michal Komárek. Od prosince roku 2017 je vedením oddělení pověřena Ing. Barbora Sedlářová.

Radioanalytické postupy aktuálně potřebné pro řešení projektů byly a jsou dosud vyvíjeny v laboratoři Radioekologie a postupně předávány i vodohospodářským radiologickým laboratořím (VHRL). Kvalita práce laboratoře je pravidelně ověřována s využitím standardů radioaktivních látek získaných od Českého metrologického institutu Oblastního inspektorátu Praha. Laboratoř se též zúčastňuje mezilaboratorního porovnání zkoušek, včetně analýzy referenčních vzorků poskytovaných Mezinárodní agenturou pro atomovou energii ve Vídni. Oddělení se za využití radioanalytických postupů zaměřilo jak na chování přírodních a umělých radioaktivních látek ve vodním prostředí, tak na problematiku radioekologie vodních organismů. Šlo především o výzkum sorpce a migrace vybraných přirozených a umělých radionuklidů ve vodním prostředí, vliv přírodních činitelů, terénního smyvu a odpadních látek na jakost vody v tocích a nádržích a vliv těžby radioaktivních surovin na jakost povrchových vod. Byly vyvinuty a navrženy technologické postupy na snížení obsahu radioaktivních látek v podzemních vodách. Jednalo se hlavně o aerační procesy ke snížení obsahu radonu 222 v podzemních vodách a záchyt izotopů radia na vodárenských pískových filtrech preparovaných oxidy manganu a železa. Tento postup byl patentován.

Pozornost byla věnována i kontaminaci dalších složek životního prostředí umělými radionuklidy v souvislosti s jejich uvolňováním ve spojitosti s atmosférickými testy jaderných zbraní. Z uvolňovaných radionuklidů hlavní složku představovaly tritium, radioizotopy cesia a stroncium 90. Pro stanovení stroncia 90 byla využívána srážecí metoda. Výsledky od roku 1963 do roku 1986, kdy došlo k havárii v Černobylu, představovaly reziduální kontaminaci po atmosférických testech jaderných zbraní. V roce 1986 došlo ke zvýšení a posléze k postupnému poklesu koncentrací až do roku 2001, kdy byl zahájen provoz Jaderné elektrárny Temelín. Po zahájení provozu tak docházelo k superpozici stroncia uvolněného do prostředí po testech jaderných zbraní, po havárii v Černobylu a po zahájení vypouštění odpadních vod z Jaderné elektrárny Temelín. Metody na stanovení tritia – kapalinová scintilační spektrometrie a radioizotopů cesia – gamaspektrometrie byly zavedeny později po roce 1990, tedy po havárii reaktoru v Černobylu, protože byly vázány na finančně nákladné přístrojové vybavení. V návaznosti na potřebu sledování změn koncentrace přírodních i umělých radionuklidů v povrchové vodě, v upravené (pitné) vodě, dnových sedimentech a biomase vodních rostlin a organismů byla laboratoř zařazena do Radiační monitorovací sítě ČR, jejíž činnost je metodicky řízena Státním úřadem pro jadernou bezpečnost. V této oblasti laboratoř spolupracuje úzce s vodohospodářskými radiologickými laboratořemi státních podniků Povodí, a to zejména při odběru a předúpravě vzorků.

Od osmdesátých let je v souvislosti s výstavbou jaderných elektráren a zároveň i ochranou vodních zdrojů stěžejním bodem činnosti oddělení radiologie podrobný průzkum jakosti povrchových, podzemních a srážkových vod, dnových sedimentů a biomasy vodních rostlin a ryb. Pracovníci oddělení a další se soustředili především na lokalitu plánované Jaderné elektrárny Temelín, jejímž vlivem na vodní prostředí i prognózou vlivu její dostavby se zabývá dodnes. V souvislosti s výstavbou a provozem této elektrárny byla řešena řada projektů zabývajících se možnými vlivy jejího provozu na životní prostředí: Výzkum vlivu Jaderné elektrárny Temelín na hydrosféru a další složky životního prostředí, Výzkum vlivu jaderně energetických zařízení na životní prostředí a dále Program sledování a hodnocení vlivu Jaderné elektrárny Temelín na životní prostředí a sledování pro ČEZ, a. s., Jaderná elektrárna Temelín. Byla získána více než 25letá řada výsledků, které jsou průběžně zpracovávány a publikovány. Do roku 2000 se práce soustředily na hodnocení „předprovozního stavu“, tj. hodnocení referenčních úrovní. Od roku 2001 je hlavním cílem prací hodnocení možného vlivu JE Temelín na životní prostředí, resp. hydrosféru.

Oddělení Radioekologie se zabývá i řadou dalších odborných problematik, např. kontaminací životního prostředí umělými radionuklidy tritiem, stronciem 90 a cesiem 134, resp. cesiem 137, v důsledku havárie jaderného reaktoru v Černobylu se zaměřením na kontaminaci povrchových toků a dnových říčních sedimentů, dále odstraňováním radionuklidů úpravárenskými postupy a v poslední době především hodnocením jakosti vody v tocích – kontaminací hydrosféry radioaktivními látkami nebo migrací škodlivých látek v povodí Labe (s využitím tritia jako stopovací látky).

Členové subkomise pro radiologické metody v roce 2018

Vedoucí oddělení řídí subkomisi č. 4 Radiologické metody, která je součástí Technické normalizační komise č. 104, a ve spolupráci se SWECO Hydroprojekt, a. s., se podílí na tvorbě ČSN/TNV. Dále je členem Mezinárodní radioekologické společnosti, členem odborné skupiny Odpadní vody a čistota vod ČVTVHS, z. s., členem Konzultační rady ASLAB a Mezirezortní radonové komise.

V rámci oddělení jsou pro potřeby vlastní i pro potřeby vodohospodářských laboratoří státních podniků Povodí vyvíjeny a ověřovány metody stanovení radioaktivních látek. Připravují se podklady pro zavádění ukazatelů radioaktivity a jejich hodnot v hydrosféře do právních předpisů. Odborně jsou garantovány celostátní konference se zahraniční účastí Radionuklidy a ionizující záření ve vodním hospodářství (1958–2018) a Radiologické metody v hydrosféře (2003–2017).
Ve spolupráci s VÚVH Bratislava jsou každoročně pořádány Konzultační dny pro pracovníky vodohospodářských radiologických laboratoří (1991–2018). O tom, že Radioekologická laboratoř Výzkumného ústavu vodohospodářského (dnes VÚV TGM, v. v. i.) je uznávána i z mezinárodního hlediska svědčí také dlouhodobé citování E. Hanslíka v encyklopedii Who´s Who od roku 2001 a Who´s Who in Science and Engineering od roku 2003 dosud.

Obsáhlá je také publikační činnost. Jde o desítky příspěvků na semináře a konference v ČR i zahraničí, desítky článků v tuzemských, ale i zahraničních časopisech. Z nich lze jmenovat např.:

Hanslík, E., Mansfeld, A. Tritium v odpadech jaderného palivového cyklu. Praha: Státní zemědělské nakladatelství, Výzkumný ústav vodohospodářský, Práce a studie, 1983, seš. 159, s. 159.

Mansfeld, A., Hanslík, E. Radium-226: Content reduction in waters used for drinking purposes, Praha: State Agricultural Publishing House, Výzkumný ústav vodohospodářský, Praha Výzkumný ústav vodohospodářský, Práce a studie, seš. 177, 62 s., 1990. ISBN 80-209-0137-X.

Hanslík, E., Mansfeld, A., Žáček, L. Způsob odstraňování radia z vody filtrací přes filtrační písek. AO č. 190791.

Hanslík, E. Vliv Jaderné elektrárny Temelín na hydrosféru a další složky životního prostředí. Praha: Výzkumný ústav vodohospodářský T. G. Masaryka, Výzkum pro praxi, seš. 26, 37 s., 1994. ISBN 80-901181-7-8.

Hanslík, E. Vliv Jaderné elektrárny Temelín na hydrosféru. Praha: Výzkumný ústav vodohospodářský T. G. Masaryka, Výzkum pro praxi, seš. 34, 80 s., 1996. ISBN 80-85900-12-2.

Hanslík, E. Impact of Temelín power plant on hydrosphere. Praha: Výzkumný ústav vodohospodářský T. G. Masaryka, Výzkum pro praxi, seš. 35, 96 s., 1997. ISBN 80-85900-13-0.

Hanslík, E. aj. Vliv těžby uranových rud na vývoj kontaminace hydrosféry Ploučnice v období 1966–2000. Praha: Výzkumný ústav vodohospodářský T. G. Masaryka, 148 s., 2002. ISBN 80-85900-43-2.

Kolektiv. Příručka provozovatele úpravny pitné vody. Líbeznice: SOVAK, s. 24–27, 2005. ISBN 80-239-4565-3.

Ivanovová, D., Hanslík, E. Optimalizace monitoringu kapalných výpustí z jaderné elektrárny Temelín. Bezpečnost jaderné energie, roč. 17, č. 1/2, s. 29–36, 2009. ISSN 1210-7085.

Ivanovová, D., Hanslík, E. Vliv odpadních vod z JE Temelín na obsah tritia ve Vltavě a Labi do roku 2008. VTEI, roč. 51, č. 6, s. 1–5, 2009. ISSN 0322-8916.

Ivanovová, D., Hanslík, E. Vývoj objemové aktivity tritia v povodí řeky Vltavy. Bezpečnost jaderné energie, roč. 18 [56], č. 3/4, s. 68–75, 2010. ISSN 1210-7085.

Ivanovová, D., Hanslík, E. Temporal and spatial changes in tritium concentration in the Vltava River basin affected by the operation of Temelín Nuclear Power Plant. Acta Universitatis Carolinae Environmentalica, roč. 2009, č. 1–2, s. 17–31, 2010. ISSN 0862-6529.

Ivanovová, D., Hanslík, E., Stierand P. The assessment of natural and artificial radionuclides in river sediments in the Czech Republic. Sediment Dynamics for a Changing Future, roč. 2010, č. 337, s. 157–162, 2010. ISSN 0144-781.

Marešová, D., Hanslík, E., Juranová, E. Přírodní a umělé radionuklidy v říčních dnových sedimentech a plaveninách na území České republiky v období
2000–2010. VTEI, roč. 53, č. 6/2011, s. 1–5, 2011. ISSN 0322-8916.

Hanslík, E., Barnet, I., Marešová, D. aj. Radioaktivní látky v životním prostředí. Chrudim: Vodní zdroje Ekomonitor spol. s r.o., 83 s., 2012. ISBN 978-80-86832-64-7.

Hanslík, E, Marešová, D. Case study: Quantification of individual components of tritium balance in the Vltava and Elbe Rivers affected by the operation of Temelín Nuclear Power Plant (Czech Republic) [Kap.] In: Tosti, S. and Ghirelli, N. (eds.) Tritium: Production, Uses and Environmental Impact. New York: Nova Publishers p. 339–354, 2013. ISBN 978-1-62417-270-0.

Hanslík, E., Marešová, D., Juranová, E. Radioactive Background in Hydrosphere prior to Planned Extension of Nuclear Power Plant. International Journal of Nuclear Energy Science and Engineering (IJNESE), vol. 3, No. 3, p. 47–55, 2013. ISSN 2226-3217.

Hanslík, E., Marešová, D., Juranová, E. Development of 3H, 90Sr and 137Cs background activity concentrations in hydrosphere and impact of Nuclear Power Plant Temelín (Czech Republic). In: Ban, M. et al. (eds.) 8th Conference on Sustainable Development of Energy, Water and Environment Systems, September 22.–27. 8. 2013, Dubrovnik, Croatia, Book of Abstracts. Zagreb, Chorvatsko: Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture, Zagreb,  2013, p. 384.

Hanslík, E., Juranová, E., Marešová, D. Temporal changes of background of 3H, 90Sr and 137Cs in hydrosphere in the Czech Republic. In: Radiation, ecology and manmade risk factors. Gomel, Bělorusko, 26. 9. 2013. Minsk, Bělorusko: Institute of radiology, National Academy of Sciences of Belarus, p. 169–171. 2013. ISBN 978-985-7003-32-7.

Hanslík, E., Juranová, E. Radon 222 at ground water treatment plant. In: 7th International symposium on Naturally Occuring Radioactive Material. Beijing, Čína, 2013, 22. 4. 2013, p. 95.

Hanslík, E., Juranová, E. Natural radionuclides at ground water treatment plant. Bezpečnost jaderné energie, roč. 21(59), č. 5/6, s. 152–155, 2013. ISSN 1210-7085.

Hanslík, E., Marešová, D., Juranová, E. Temporal and spatial changes in radiocaesium and radiostrontium concentrations in the Vltava River basin affected by the operation of Temelín Nuclear Power Plant. European Journal of Environmental Sciences, vol. 3, No. 1, p. 5–16, 2013. ISSN 1805-0174.

Hanslík, E., Marešová, D., Juranová, E. Vliv atmosférických testů jaderných zbraní a významných jaderných havárií na obsah radioaktivních látek v povrchových vodách na území České republiky. SOVAK, roč. 22, č. 10, s. 12–16, 2013.
ISSN 1210-3039.

Hanslík, E., Juranová, E., Ramešová, L. Chování radioaktivních látek v hydrosféře – podmínky laboratorního stanovení distribučního koeficientu. In: Hanslík, E. a Kánská, K. (eds.) Sborník konference Radiologické metody v hydrosféře 13. Buchlovice, 14. 5. 2013. Semtín: Ekomonitor spol. s r.o., s. 54–59, 2013.
ISBN 978-80-86832-71-5.

Hanslík, E., Marešová, D., Juranová, E. Natural and artificial radionuclides in river bottom sediments and susended matter in the Czech Republic in the period 2000–2010. Journal of Environmental Protection, vol. 5, No. 2, p. 114–119, 2014.
ISSN 2152-2197.

Juranová, E., Hanslík, E. Stanovení distribučního koeficientu pro sorpci umělých radionuklidů ve vodním prostředí. VTEI, roč. 56, č. 2, s. 5–8, 2014. ISSN 0322-8916.

Desortová, B, Hanslík, E. Vývoj biomasy fytoplanktonu v monitorovaných tocích povodí Vltavy po zahájení provozu JE Temelín (období 2001–2013). In: Hanslík, E. (ed.) Radionuklidy a ionizující záření ve vodním hospodářství, XXIII. konference. České Budějovice, 6. 5. 2014. Praha: ČVTVHS-OS čistota vod, 2014.

Fremrová, L., Hanslík, E. Normy pro stanovení radioaktivních látek ve vzorcích vody, názvoslovné normy a další související normy. In: Hanslík, E. (ed.) Radionuklidy a ionizující záření ve vodním hospodářství, XXIII. konference. České Budějovice, 6. 5. 2014. Praha: ČVTVHS-OS čistota vod, 2014.

Hanslík, E., Juranová, E. Ukazatele NEK v nařízení vlády č. 61/2003 Sb. v platném znění. In: Hanslík, E. (ed.) Radionuklidy a ionizující záření ve vodním hospodářství, XXIII. konference. České Budějovice, 6. 5. 2014. Praha: ČVTVHS-OS čistota vod, 2014.

Juranová, E., Hanslík, E. Metodika stanovení sorpčních vlastností umělých radionuklidů ve vodním prostředí. In: Hanslík, E. (ed.) Radionuklidy a ionizující záření ve vodním hospodářství, XXIII. konference. České Budějovice, 6. 5. 2014. Praha: ČVTVHS-OS čistota vod, 2014.

Marešová, D., Juranová, E., Hanslík, E. Vztahy objemové aktivity tritia v profilech Vltava Kořensko, Solenice a PrahaPodolí a Labe Hřensko za období 2008–2013. In: Hanslík, E. (ed.) Radionuklidy a ionizující záření ve vodním hospodářství, XXIII. konference. České Budějovice, 6. 5. 2014. Praha: ČVTVHS-OS čistota vod, 2014.

Hanslík, E., Marešová. D., Desortová, B. Studie radiologických, biologických a fyzikálně-chemických charakteristik vodního prostředí a jejich změn v souvislosti s provozem Jaderné elektrárny Temelín. VÚV TGM, v. v. i, Práce a studie, sešit 206, s. 135, 2015. ISBN 978-80-87402-38-2.

Hanslík, E., Marešová, D., Juranová, E. Development of 3H, 90Sr and 137Cs background activity concentrations in hydrosphere and impact of Nuclear Power Plant Temelín (Czech Republic). Journal of Environmental Protection, vol. 6, No. 8, p. 813–823, 2015. ISSN 2152-2219.

Juranová, E., Hanslík, E., Novák, M., Komárek, M. Sorpce umělých radionuklidů na dnové říční sedimenty a její závislost na vlastnostech sedimentů. Vodohospodářské technicko-ekonomické informace, roč. 57, č. 3, příloha Vodního hospodářství č. 6/2015. ISSN 0322-8916.

Hanslík, E., Marešová. D., Desortová, B. Behaviour of selected radiological, biological and physico-chemical indicators of the hydrosphere and their changes related to the operation of the nuclear power plant Temelín. Praha: VÚV TGM, v. v. i, Research Publiceations, No. 207, p. 135, 2015. ISBN 978-80-87402-53-5.

Sedlářová B., Hanslík, E., Juranová, E. Rychlá metoda stanovení celkové objemové aktivity beta. Vodohospodářské technicko-ekonomické informace, roč. 58, č. 1, s. 28–33, 2015. ISSN 0322-8916.

Hanslík, E., Marešová, D., Juranová, E., Sedlářová, B. Umělé radionuklidy v hydrosféře – rezidulní kontaminace a vliv Jaderné elektrárny Temelín. Vodohospodářské technicko-ekonomické informace, roč. 58, č. 2, s. 20–27, 2015. ISSN 0322-8916.

Hanslík, E., Marešová, D., Juranová, E., Vlnas, R. Dependence of selected water quality parameters on flow rates at river sites in the Czech Republic. Journal of Suitable Development of Energy, Water and Environmental Systems, 2016, vol. 4,
No. 2, p. 127–140.

Marešová, D., Hanslík, E., Juranová, E., Sedllářová, B. Case Study: Long Term Consequences of Atmospheric Tests of Nuclear Weapons and Chernobyl Disaster on Territory of South Bohemia (Czech Republic). Ed. Maxine Peterson, The Chernobyl Disaster, NOVA, p. 107–132, 2016. ISBN 978-1-63485-458-0.

Marešová, D., Sedlářová, B., Juranová, E. Stanovení velmi nízkých objemových aktivit tritia s využitím elektrolytického nabohacení vzorků. Czech Chemical Society Symposium Series, roč. 14, č. 5, s. 214, 2016. ISSN 2336-7202.

Marešová, D., Sedlářová, B., Hanslík, E., Juranová, E. Spolupráce VÚV TGM, v. v. i, a státních podniků Povodí v rámci Radiační monitorovací sítě ČR. Vodohospodářské technicko-ekonomické informace, roč. 59, č. 3, s. 23–26, 2017. ISSN 0322-8916.

Marešová, D., Hanslík, E., Juranová, E., Sedlářová, B. Determination of low level tritium concentrations in surface water and precipitation in the Czech Republic. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, vol. 314, No. 2, p. 681–687, 2017. ISSN 0236-5731.

Mičaník, T., Hanslík, E., Němejcová, D., Baudišová, D. Klasifikace kvality povrchových vod. Vodohospodářské technicko-ekonomické informace, roč. 59, č. 6, 2017. ISSN 0322-8916.

 

Na práci laboratoře je kladně hodnocena odbornost a profesionální přístup k problematice, k čemuž přispívá vynikající spolupráce s řadou institucí v oboru, ať už jde o radiologické laboratoře státních podniků Povodí, Státní úřad pro jadernou bezpečnost, Státní ústav radiační ochrany, ÚJV Řež, a. s., či výrobní podniky apod. V laboratoři byla vychována řada odborníků v oboru formou školení, resp. diplomových a doktorských prací pro Přírodovědeckou fakultu UK a Vysokou školu chemicko-technologickou.

Stručný příspěvek, jenž se pokusil zmapovat více než 60letou činnost radiologické laboratoře Výzkumného ústavu vodohospodářského (dnes VÚV TGM, v. v. i.), dokladuje úspěšné zvládnutí široké škály úkolů v oblasti radioekologie, zejména pokud jde o sledování radioaktivních látek ve vodách a dalších složkách životního prostředí, hodnocení vlivu jaderných zařízení na hydrosféru, vývoj a aplikaci metod radiologické analýzy hydrosféry a řadu dalších.

Posted by & filed under Hydraulika, hydrologie a hydrogeologie.

Souhrn

Zvýšený výskyt suchých období v České republice s sebou přináší potřebu vytvořit či upravit legislativu. Neméně důležité je vytvoření nástroje, který bude sloužit pro rozhodování v období sucha na jednotlivých úrovních managementu. Princip tohoto nástroje/systému je popsán v tomto článku. Systém je založen na propojení modelu půdního a modelu hydrologické a vodohospodářské bilance. Tyto modely spolu se vstupními klimatologickými daty reprezentují sucho meteorologické, zemědělské a hydrologické. Nástroj bude poskytovat informaci, jaký je současný stav vodních zdrojů a jak by se měl vyvíjet na základě předpovědi, která bude podkladem pro operativní řízení vodních zdrojů.

Úvod

V České republice, ale i ve světě ve stále větším počtu oblastí velmi rychle narůstá nedostatek vody a výskyt sucha, který v některých případech dosahuje úrovně živelné katastrofy s masivními dopady. V případě sucha dochází k nárůstu jeho četnosti v některých oblastech včetně střední Evropy. Tento jev úzce souvisí s procesem globální klimatické změny. Problém zabezpečení vodních zdrojů se už začíná projevovat i v oblastech, v nichž obyvatelstvo projevy sucha dosud příliš nepociťovalo. Navíc míru dopadů sucha a nedostatku vody na obyvatelstvo a průmysl v posledních letech příznivě ovlivnila skutečnost, že došlo k poklesu odběrů vody přibližně o polovinu oproti situaci v roce 1990. Zmírňující efekt tohoto vývoje se však již postupně vytrácí. V roce 2015 byly v ČR zaznamenány problémy se zásobováním obyvatelstva v obcích s nedostatečně spolehlivými vodními zdroji a výrazně vzrostly dopady sucha na zemědělskou produkci a lesní hospodářství, kde se dopady tohoto jevu projevují obvykle nejdříve, a ostatní hospodářské sektory. Došlo ke zvýšení počtu dní s nedostatkem vláhy v klíčovém období pro produkci většiny plodin. Do budoucna lze očekávat, že stávající vodní zdroje nebudou dostatečné, a to nejen z hlediska potenciálně snižujícího se dostupného množství vody, ale i z hlediska nevyhovující jakosti vody. Z těchto důvodů se řada institucí zabývá v posledních více než 10 letech výzkumem problematiky sucha a upozorňuje na problém, který se již začíná výrazně projevovat. Jednou z klíčových výzkumných činností je v současnosti tvorba nástroje pro predikci stavu vodních zdrojů v dlouhodobém měřítku, který je představen v tomto příspěvku.

V současné době rozhodování dispečerů správců povodí v období sucha a nedostatku vody probíhá na základě předchozích zkušeností, bez podpůrných nástrojů. Tento stav by šel přirovnat k situaci zvládání povodní bez jednotlivých prognostických nástrojů a modelů. Dispečeři jsou schopni stav zmírnit, ale bez podpory expertního systému mohou dělat opatření, která nemusí být optimální a může docházet k ekonomickým ztrátám v případě suché epizody (v případě povodní by mohlo docházet v krajních případech i k ohrožení společnosti). Pro rozhodování má dispečink správců povodí nyní k dispozici:

  • manipulační řády vodních děl,
  • informace o aktuální klimatické a hydrologické situaci – měřené hodnoty srážek, teploty vzduchu, přítoku a odtoku z nádrží, stavu hladin v nádržích, průtoků atp.,
  • informaci o dlouhodobých statistických charakteristikách hydrologických poměrů v daném měsíci,
  • informaci o nutných opravách na vodních dílech aj.

Pro rozhodování v období sucha však dosud zcela chybí informace o předpokládaném vývoji hydrologické situace ve výhledu následujících týdnů až měsíců, která může napomoci optimalizaci řízení vodohospodářských soustav pro efektivní distribuci vody v čase a prostoru. Z těchto důvodů byl na základě iniciativy MŽP vyvinut systém HAMR.

Metodika

Sucho a nedostatek vody jsou pojmy, které je třeba od sebe správně rozlišovat.

  • Sucho představuje dočasný pokles dostupnosti vody a je považováno za přirozený jev. Pro sucho je charakteristický jeho pozvolný začátek, značný plošný rozsah a dlouhé trvání. Přirozeně dochází k výskytu sucha, pokud se nad daným územím vyskytne anomálie v atmosférických cirkulačních procesech v podobě vysokého tlaku vzduchu beze srážek, která setrvává po dlouhou dobu nad určitým územím.
  • Nedostatek vody je definován jako situace, kdy vodní zdroj není dostatečný pro uspokojení dlouhodobých průměrných požadavků na vodu.

Dopady sucha mohou být méně nápadné – začátek a konec sucha lze stanovit jen velmi obtížně. Účinky sucha mají kumulativní charakter, neboť velikost sucha se zvyšuje s jeho délkou. S dopady sucha se setkáváme ještě několik let po výskytu normálních dešťů [1]. Sucho nepříznivě ovlivňuje různá odvětví lidské společnosti, např. zemědělství, energetiku, zásobování vodou, průmysl, lodní dopravu; může mít i sociální a environmentální dopady. Četná odvětví jsou potenciálně ohrožená v důsledku nedostatku vody v různých složkách hydrologického cyklu zemského povrchu [2–5]. Dopady sucha lze rozdělit do tří základních kategorií: ekonomické, environmentální a sociální (obr. 1).

Obr. 1. Propagace sucha do jednotlivých částí hydrologického cyklu
Fig. 1. Drought propagation by the hydrogical cycle

I když bývá kvantifikace škod způsobených suchem velmi obtížná, je jisté, že ztráty způsobené suchem dosahují značných rozměrů. Podle různých studií převyšují odhady ztrát způsobených suchem škody z jiných přírodních katastrof. Například Witt [6] označil sucho jako nejnákladnější přírodní katastrofu, roční náklady na sucho ve Spojených státech odhaduje na 6–8 miliard dolarů, což je více než náklady na hurikány nebo povodně [2]. Sucho také postihuje větší území než jiná přírodní rizika a zároveň postihuje více lidí než jakákoli jiná nebezpečí [1, 7, 8]. V posledních desetiletích má sucho významný dopad na ekonomiku a život ve střední a východní Evropě. Pomineme-li povodně, jsou sucha považována za nejničivější přírodní katastrofy v České republice. I když poslední výskyt sucha u nás nemohl být přímo spojen s člověkem způsobenou změnou klimatu, odhadované dopady sucha ukazují zranitelnost těchto oblastí, co se sucha týče.

Obr. 2. Schéma systému pro předpověď hydrologické situace
Fig. 2. Scheme of system HAMR

Navíc nedávná studie Brázdila [9] jasně ukázala, že trendy k výskytu častějšího a intenzivnějšího sucha nelze vysvětlit jinou přirozenou příčinou, jakými jsou kolísání sluneční aktivity, vulkanická činnost či přirozené klimatické oscilace. Vzhledem k předpokládanému zvýšení teploty nad střední Evropou s jen mírným růstem srážek v některých obdobích (jaro, podzim, zima) a poklesu v letním období je velmi pravděpodobné, že se četnost výskytu sucha a jeho závažnost bude v budoucnosti ve střední Evropě zvyšovat a dopady související s těmito událostmi se zhorší. Navíc, rostoucí poptávka po vodě (i rostoucí tlak na další přírodní zdroje) v důsledku populačního růstu, zvyšující se urbanizace a větší důraz kladený na ochranu životního prostředí mění zranitelnost obyvatelstva vůči období sucha [7, 10]. Je však důležité si uvědomit, že v rozvinutých vlhkých a subhumidních oblastech jsou škody způsobené suchem především finančního charakteru, zatímco nejzávažnější důsledky sucha se často vyskytují v rozvojových oblastech s (polo-) suchým klimatem, kde je dostupnost vody nízká již za normálních podmínek, kde se potřeba blíží nebo převyšuje dostupnost přirozenou, kde společnost má jen zřídka možnost zmírnění sucha či přizpůsobení se suchu a kde sucho často ohrožuje samotné životy lidí [2, 11]. Sucho nebo kombinace sucha a lidské činnosti v těchto oblastech mohou vést ke vzniku pouští, přičemž půdní struktura a úrodnost půdy jsou degradovány a bio-produktivní zdroje se snižují, nebo mizí [12]. Nicméně lepší monitorování a management vodních zdrojů a pochopení vývoje sucha mohou dopady sucha zmírnit [13].

Systémový nástroj pro předpověď hydrologické situace HAMR

Nástroj HAMR je založen na propojení modelu vláhové bilance půdy SoilClim, modelu hydrologické bilance BILAN a modelu vodohospodářské soustavy jednotlivých povodí WATERES za účelem modelování pravděpodobného vývoje hydrologické situace na cca osm týdnů dopředu. Schéma systému je zobrazeno na obr. 2. Jednotlivé komponenty jsou podrobněji popsány níže. Systém nese název HAMR, který v sobě skrývá všechny komponenty systému, a to:

  • Hydrologie,
  • Agronomie,
  • Meteorologie,
  • Retence,

a také samotné slovo „hamr“ je přímo spojené s vodou, konkrétně se jedná o dílnu, která je poháněna vodním kolem. Výhodou názvu rovněž je jeho shodnost i v anglickém jazyce. Pro systém HAMR bylo navrženo jednoduše identifikovatelné grafické logo (obr. 3).

Obr. 3. Grafické logo systému HAMR
Fig. 3. HAMR graphic logo

Cílem je zajištění podkladů pro operativní řízení nádrží a vodohospodářských soustav pro dispečinky státních podniků Povodí a pro rozhodování „komisí pro zvládání sucha“ svolaných v souvislosti s probíhajícím suchem. Dále je to vytvoření platformy pro sdílení informací o aktuálních požadavcích na vodu ze strany odběratelů pro optimalizaci řízení.

Data

Vstupem do systému jsou následující data:

  1. klimatologická data:
    • srážkové úhrny,
    • teplota vzduchu,
    • globální radiace,
    • rychlost větru,
  2. vodohospodářská data:
    • průtok a jeho charakteristiky (m-denní vody),
    • manipulační řády nádrží,
    • batygrafické křivky nádrže,
    • data o užívání vod z databáze VÚV TGM, v. v. i., v měsíčním časovém kroku (1979–2016),
  3. zemědělské informace a charakteristiky půd,
  4. jiné:
    • satelitní data.

Data jsou v denním kroku za období 1979–2016 (testovací období) a jsou pro model agregována na podrobnost vodních útvarů (pro mnoho veličin je původní informace podrobnější, která se následně agreguje). Jako testovací povodí pro vývoj systému bylo zvoleno povodí Vltavy.

BILAN

Konceptuální model BILAN [13], simulující hydrologickou bilanci v denním či měsíčním časovém kroku, je ve VÚV TGM, v. v. i., vyvíjen a používán od 90. let 20. století. Vyjadřuje základní bilanční vztahy na povrchu povodí v zóně aerace, do níž je zahrnut i vegetační kryt povodí, a v zóně podzemní vody. Jako ukazatel bilance toků energie, která hydrologickou bilanci významně ovlivňuje, je použita teplota vzduchu. Výpočtem se modeluje potenciální evapotranspirace, územní výpar, infiltrace do zóny aerace, průsak touto zónou, zásoba vody ve sněhu, zásoba vody v půdě a zásoba podzemní vody. Odtok je modelován jako součet tří složek: dvě složky přímého odtoku (zahrnující i hypodermický odtok) a základní odtok. Schéma modelu je uvedeno na obr. 4.

V roce 2011 byla původní softwarová implementace modelu BILAN, napsaná v jazyce Object Pascal, kompletně přepsána do jazyka C++, čímž se výrazně zjednodušil další vývoj modelu. Zároveň byla vytvořena dvě rozhraní k modelu: grafické uživatelské rozhraní (GUI) založené na multiplatformní knihovně Qt a balík pro statistické a programovací prostředí R. Obě rozhraní se vzájemně doplňují (individuální a hromadné zpracování). K dispozici je také online verze modelu na adrese http://bilan.vuv.cz. Model BILAN se využívá pro řešení mnoha komerčních a výzkumných projektů, jako jsou například projekty Podpora dlouhodobého plánování a návrhu adaptačních opatření v oblasti vodního hospodářství v kontextu změn klimatu, viz http://rscn.vuv.cz, a Možnosti kompenzace negativních dopadů klimatické změny na zásobování vodou a ekosystémy využitím lokalit vhodných pro akumulaci povrchových vod, viz http://lapv.vuv.cz.

Obr. 4. Schéma modelu BILAN
Fig. 4. Scheme of model BILAN

Za pomoci informací z modelu SoilClim [15] byly získány parametry modelu BILAN [14] pro každý z 1 121 útvarů povrchových vod. Vstupní časové řady denních srážkových úhrnů, průměrných teplot a potenciální evapotranspirace pocházely z období 1980–2010. Model v denním kroku byl upraven tak, aby jej bylo možné kalibrovat pomocí vícekriteriální funkce s možností operativní volby vah mezi jednotlivými kritérii. Simulace chování odtokových poměrů útvaru vychází zejména z kvantilů m-denních průtoků (Q30d–Q364d), odvozených pracovníky Českého hydrometeorologického ústavu (ČHMÚ) [16] a dlouhodobého průměrného ročního průtoku (Qa). Odchylky od těchto hodnot byly určeny jako průměrné absolutní vzdálenosti. Vzhledem k tomu, že hydrologické indexy (Qa, Q30d–Q364d) postrádají autokorelační strukturu, byly ke kalibraci použity rovněž časové řady skutečné evapotranspirace, opět vypočteny modelem SoilClim. Za kalibrační kritérium při tomto postupu byla zvolena funkce Kling-Gupta Efficiency (KGE) [17]. Optimalizace modelu BILAN byla prováděna pomocí globálního optimalizačního algoritmu Shuffled Complex Differential Evolution. Tento algoritmus pracuje s populacemi modelů a prostřednictvím jejich interakcí nachází optimální hodnoty [18]. Prohledávaný parametrický prostor maximální velikosti zásobníku půdní vody u modelu BILAN (Spa) byl omezen rovněž využitím údajů o celkové půdní zásobě vody z modelu SoilClim. K validaci simulovaných denních průtoků slouží časové řady ze 156 měrných stanic ČHMÚ. Na snížení nejistot u parametrů modelu Bilan se stále pracuje, neboť úspěšnost kalibrací vykazuje významnou variabilitu, způsobenou rozličnými činiteli.

SoilClim

Základem pro provoz modelu SoilClim je využití databáze meteorologických prvků v denním kroku (maximální a minimální teploty vzduchu, sumy globální sluneční radiace, úhrnů srážek, rychlosti větru, vlhkosti vzduchu) pro současné klima, která vychází z měření na jednotlivých stanicích v rámci celé ČR. Tyto hodnoty jsou interpolovány do gridů (500 m × 500 m) pokrývající ČR. Pro tyto gridy jsou pak stanoveny hodnoty indikátory referenční a aktuální evapotranspirace (ETr a ETa), vodní bilance, vlhkosti a teploty půdy a popis půdního klimatu. Ve výpočtech SoilClimu je zohledněna retenční kapacita půdy (pro každý grid) ve dvou vrstvách (0–40 a 40–100 cm) a pravděpodobné zastoupení vegetace (podle informací o LandUse). SoilClim byl vyvinut jako modifikace přístupu FAO-56 [19] a pro podmínky České republiky byl kalibrován a validován Hlavinkou [15]. Tento nástroj pracuje na modulární bázi (skládá se z několika samostatných modulů – sad algoritmů), kdy výstupy ze základních modulů jsou využity jako vstupy do navazujících výpočtů (viz obr. 5).

Obr. 5. Schéma modelu SoilClim
Fig. 5. Scheme of model SoilClim

Prvním krokem výpočtu je odhad referenční evapotranspirace ETr pro hypotetický travní porost s využitím metody Penman-Monteith [19]. Paralelně s odhadem ETr dochází na základě denních hodnot teploty vzduchu a srážkových úhrnů k odhadu výskytu sněhové pokrývky (vč. obsahu akumulované vody) modelem SnowMAUS [20]. Tímto způsobem jsou odhadovány i termíny a intenzita případného postupného tání sněhu, což je významný údaj pro korektní modelování vodní bilance v obdobích s možností výskytu sněhové pokrývky, přičemž je zohledněna i odhadovaná hodnota sublimace. SoilClim následně prostřednictvím kombinace výpočtů v denním kroku umožňuje modelovat obsah vody v půdě (pro každou ze dvou definovaných hloubek) s využitím tzv. kapacitního přístupu. Významnou roli zde sehrává odhad odběru vody aktuální evapotranspirací (ETa), který je dán dostupností půdní vlhkosti a vlastnostmi předpokládaného vegetačního krytu či povrchu. K tomuto je v modelu SoilClim využívána metoda tzv. crop koeficientů (Kc) [19], které popisují vlastnosti daného povrchu vzhledem k referenčnímu trávníku. Hodnota Kc se mění v průběhu sezony podle aproximovaného vývoje listové plochy a dalších vlastností vegetace.

WATERES

Model WATERES je vodohospodářský model vyvinutý ve VÚV TGM, v. v. i., v Praze a je zaměřený na výpočet charakteristik a provádění simulací na vodních nádržích. Model je dostupný ve formě R balíku (volně stažitelný z GitHubu). Model WATERES lze využít k výpočtu:

  • dlouhodobé vodní bilance nádrží a vodohospodářských soustav,
  • charakteristik vodních nádrží a odhadu účinnosti vodní nádrže,
  • nedostatkových objemů (pro posouzení sucha) v povodí nádrže a vodohospodářské soustavy,
  • transformace povodňových vln.

Podrobnější informace o modelu jsou uvedeny na webových stránkách http://lapv.vuv.cz. Na obr. 6 je uvedeno ilustrační schéma vodohospodářské soustavy, ve kterém je také zobrazeno nakládání s vodami.

Obr. 6. Schéma modelu vodohospodářské soustavy a nakládání s vodami
Fig. 6. Scheme of water management model with water withdrawals

Verifikace použitého vodohospodářského modelu byla provedena pomocí podrobného vodohospodářského modelu, který provede obdobnou simulaci na menším povodí. Z dřívějších výpočtů by však navržená podrobnost měla být dostačující. Vstupem do modelu jsou údaje o nakládání s vodami, kdy se hodnotí jak povolené množství za den či měsíc, tak skutečné hodnoty užívání vody. Nakládání s vodami je identifikováno podle kódu ICOC nebo CZ_NACE.

Aplikace pro zobrazení výsledků

Grafy zpravidla mají vlastní výběr proměnných, který se na uvedeném obr. 7 nachází v pravém horním rohu grafického panelu. Tento výběr má tvar srolovatelného menu. Dále grafický panel může obsahovat vlastní lištu se záložkami pro přepínání mezi jednotlivými typy grafů a tabulek. Základní přehled je uveden na obr. 7.

Obr. 7. Základní rozložení systému HAMR
Fig. 7. Basic layout of the HAMR system

„Základní mapa“ je první záložkou a zobrazí se ihned po spuštění aplikace. Obsahuje informace o hydrologické bilanci povodí České republiky. Záložka základní mapa je rozložena na boční panel, panel s mapovým výstupem a panel s grafickým výstupem.

V bočním panelu se nacházejí pole „Vyhledávání útvaru“, „Prvky hydrologické bilance“, „Filtrace dle hodnoty“, „Vrstvy“ a tlačítka „Reset“ a „Zobrazit“. Uživatel volí proměnnou hydrologické bilance, podle níž jsou zbarveny jednotlivá povodí, zobrazená na mapě. Hodnoty proměnné jsou agregovány do měsíčních a ročních kroků, lze je také vykreslit jako dlouhodobé průměry, tzn. průměry za celé období nebo za konkrétní periody po 30 letech: 1961–1990, 1971–2000
a 1981–2010. „Filtrace dle hodnoty“ v počátečním stavu obsahuje všechny hodnoty zvolené proměnné a dále umožňuje nastavení rozsahu hodnot, které omezí vykreslená povodí. „Vyhledávání útvaru“ je jedinou částí bočního panelu, která je propojená nejenom s mapou, ale i s grafickými výstupy. Mapové objekty jsou vykresleny pomocí Leaflet. Pro zvolené povodí se vypočítají časové řady z měsíčních a denních dat (pomocí balíčku dygraphs), čára překročení pro celé období, roční období a měsíce (pomocí balíčku Plotly) a trendy: grafické znázornění a tabulka s vyhodnocením statistické významnosti (ggplot2). Zvolené povodí se zvýrazní v mapě červeným okrajem. Kliknutím na jiné povodí se přepočítají grafické výstupy a název nově zvoleného povodí s jeho UPOV_ID se promítne do pole „Vyhledávání útvaru“. Základní mapa je zobrazena na obr. 8.

Obr. 8. Základní mapa systému
Fig. 8. Basic map of the system HAMR

Indikátory sucha

Záložka „Indikátory sucha“ (obr. 9) se skládá z bočního panelu, mapového panelu a grafického panelu. V bočním panelu se obdobně jako v záložce „Základní mapa“ nachází pole „Vyhledávání útvaru“ a „Vrstvy“. Dále v bočním panelu lze zvolit indikátor a krok, do kterého budou data agregována. Dále lze zvolit datum pro vykreslení mapy.

Obr. 9. Komponenta indikátory sucha
Fig. 9. Drought indicator component

Protože data mají měsíční časové měřítko, volba konkrétního dne v kalendáři nehraje pro vykreslení žádnou roli, ale volba data ve formátu „mm-YYYY“ zatím není možná. Momentálně jsou v mapě zobrazeny indikátory SPI (Standardized Precipitation Index), SPEI (Standardized Precipitation Evapotranspiration Index) a PDSI (Palmer Drought Severity Index) a scPDSI (Self-calibrating Palmer Drought Severity Index), které jsou počítány klouzavě s krokem 1, 3, 6, 9 a 12 měsíců. Povodí se dělí do sedmi kategorií podle hodnoty příslušného indikátoru tak, aby se dostatečně projevila variabilita, viz tabulka 1.

Tabulka 1. Hodnocení intenzity sucha pro jednotlivé indikátory
Table 1. Dry intensity assessment for individual indicators

Mapové objekty jsou vykresleny pomocí Leaflet. V grafickém panelu se vykresluje časová řada indikátoru pro zvolené povodí pomocí balíčku dygraphs.

Užívání

Záložka „Užívání“ obsahuje informace o užívání vody v ČR a je rozdělena do pěti částí: boční panel, panel s mapovým výstupem, dva panely s grafickými výstupy a jeden panel s tabulkovým výstupem. Boční panel obsahuje pole „Vyhledávání útvaru“ a „Vrstvy“. Pole „Vrstvy“ je rozšířeno o vrstvu „Odběratele“, avšak postrádá administrativní členění České republiky. Mapový panel spojuje místa odběru do shluků. Po přiblížení lze na bod kliknout. Po kliknutí se zobrazí popisek s informací o odběrateli a vykreslí se časová řada odběrů. Kliknutím na povodí se obdrží informace o všech odběratelích v tabulkovém panelu a časová řada pro jednotlivé jevy v grafickém panelu (odběry z podzemních vod POD, odběry z povrchových vod POV či vypouštění VYP). Grafické panely jsou vytvořeny pomocí dygraphs. Tabulka je vytvořená pomocí balíčku DT a je interaktivní. Komponenta pro nakládání s vodou je na obr. 10.

Obr. 10. Komponenta nakládání s vodou
Fig. 10. Water withdrawal component

Validace

Záložka „Validace“ se dělí na tři části: boční panel, panel s mapovým výstupem a panel s grafickým výstupem. Boční panel obsahuje standardní pole „Vrstvy“ a přepínač mezi následujícími možnostmi: denní průtoky, měsíční průtoky, přepínání parametrů a m-denní průtoky.

Mapový výstup denních průtoků obsahuje polohu 153 měrných stanic a grafický panel pro zvolení konkrétní měrné stanice vytvoří časovou řadu pozorovaných a simulovaných průtoků, které lze vykreslit v denním, měsíčním a ročním kroku pomocí menu „Výběr časových řad“ (nachází se v oblasti bočního panelu). Záložku grafického panelu lze přepnout z grafů na tabulky, které nejsou interaktivní. Tabulka denních průtoků obsahuje pouze základní přehled o datech (počet pozorování, střední hodnotu atd.).

Mapový výstup měsíčních průtoků obsahuje pozice 542 vodoměrných stanic. Body vodoměrných stanic jsou propojeny s informacemi o UPOVu, do kterého spadají. Kliknutím na bod se objeví popisek stanice a vykreslí se horní povodí, obdobně jako v záložce „Základní mapa“. Graf obsahuje časové řady pozorovaných a simulovaných průtoků a tabulka obsahuje číselné vyhodnocení přesností simulovaných dat vůči pozorovaným datům. Výpočet je uskutečněn pomocí funkce gof() z balíčku hydroGOF1.

Po zvolení „Přepínání parametrů“ se v bočním panelu objeví pole s nabídkou parametrů (Spa, Alf, Dgm, Soc, Mec, Grd). Momentálně „Přepínání parametrů“ obsahuje pouze panel s mapovým výstupem pro vizualizaci plošného rozložení parametrů. UPOVy jsou zbarveny podle stávajících hodnot parametru (current).

Po zvolení m-denních průtoků se objeví v bočním panelu nabídka m-denních vod (Q30d, Q60d, Q90d, Q120d, Q150d, Q180d, Q210d, Q240d, Q270d, Q300d, Q330d, Q355d, Q364d). Také se objeví pole “Vyhledávání útvaru”, které propojuje mapový a grafický panel. Útvary mapového výstupu se zbarvují podle hodnoty proměnné, kterou zvolí uživatel. Grafickým výstupem je Plotly objekt, který obsahuje seřazené hodnoty pozorovaných a simulovaných m-denních průtoků pro zvolené povodí. Tabulkový výstup obsahuje tytéž hodnoty. Komponenta je na obr. 11.

Obr. 11. Komponenta validace průtoků a parametrů hydrologického modelu
Fig. 11. Validation and estimation component

Závěr

V předloženém příspěvku je ukázka navrženého systému, který by měl být v letošním roce zprovozněn v testovacím režimu, tzn. bude provedeno propojení jednotlivých komponent modelu a model bude kalibrován v rozlišení vodních útvarů. Vzhledem k tomu, že model teprve vzniká, tak není možné prezentovat jeho konkrétní výsledky. Dalším cílem je propojení modelu s aktuálními daty, tzn. propojení na databázi ČHMÚ a tvorbu předpovědi hydrologické a vodohospodářské bilance pro období následujících několika týdnů.

Poznámky

  1. https://rain1.fsv.cvut.cz/docs/projekt.html#vypocet-uhrnu-navrhovych-srazek

Poděkování

Příspěvek vznikl v rámci úkolů řešených pro Ministerstvo životního prostředí České republiky a na základě výsledků různých výzkumných úkolů.

Posted by & filed under Hydraulika, hydrologie a hydrogeologie.

Souhrn

Katalog přírodě blízkých opatření pro zadržení vody v krajině je jedním z výstupů řešení problematiky sucha v gesci Ministerstva životního prostředí. Hlavním cílem bylo sestavit soubor opatření, která jsou vhodná pro zvýšení retence vody v krajině a zároveň nemají významný negativní vliv na ekologický stav vodních útvarů. Tento katalog představuje metodickou pomůcku pro návrhy systémů opatření při adaptaci území na projevy extrémních hydrologických situací – především sucha a povodní. Jednotlivé katalogové listy popisují možné způsoby realizace a využití opatření v území včetně krátkého shrnutí jejich případných vlivů na složky životního prostředí a společnost. Katalog by měl napomoci k jednotnému přístupu při přípravě, návrhu a realizaci účinných systémů opatření v rámci hydrologických celků. Pro podporu realizace opatření v ploše povodí a na vodních tocích a za účelem posílení osvěty veřejnosti byla v souladu s katalogem opatření připravena interaktivní webová mapová aplikace Typová opatření pro zadržení vody v krajině, kde jsou na vzorových lokalitách navrženy komplexní soubory opatření s popisem jejich očekávaných účinků.

Úvod

Sucho je jedním z projevů globální změny klimatu. Jedná se o dočasný přirozený jev, který může vést k nedostatku vody, kdy požadavky na užívání vodních zdrojů přesahují jejich přirozenou dlouhodobou obnovitelnost. Měnící se přírodní podmínky spolu se změnami socioekonomických poměrů vedou k rostoucímu tlaku na potřebu vodních zdrojů, a ty v mnoha případech již nedostačují potřebám. Řada států proto přijala strategické dokumenty definující soubor adaptačních a mitigačních opatření vůči projevům klimatických změn, včetně nedostatku vody.

Na území České republiky se do budoucna očekává víceméně stejný roční úhrn srážek v porovnání s minulými obdobími, mění se však jejich charakter a distribuce v čase i prostoru. Lze očekávat mnohem vyšší četnost hydrologických extrémů – přívalových srážek a povodní a zejména období sucha [1].

Vláda České republiky iniciovala v roce 2015 svým usnesením přípravu realizace opatření pro zmírnění negativních dopadů sucha a nedostatku vody, která následně vyústila ke schválení strategického dokumentu Koncepce ochrany před následky sucha pro území České republiky [2] (dále jen Koncepce) dne 24. července 2017.

Součástí Koncepce, jako jedna z jejích příloh, je uveden seznam plošných a liniových opatření na zemědělské a lesní půdě a opatření na tocích a v údolních nivách, která jsou obecně vhodná pro zvýšení retence vody v krajině a zároveň zlepšují (nebo alespoň nezhoršují) ekologický stav vodních útvarů. V návaznosti na tento seznam byl zpracován podrobný Katalog přírodě blízkých opatření pro zadržení vody v krajině s detailním popisem vybraných parametrů, charakteristik a účinků typových opatření.

Katalog přírodě blízkých opatření pro zadržení vody v krajině

Práce na sestavení Katalogu přírodě blízkých opatření pro zadržení vody v krajině (dále jen Katalog) navázaly na výstupy projektů a úkolů řešených pracovníky Výzkumného ústavu vodohospodářského T. G. Masaryka, v. v. i. (dále jen VÚV TGM). Mezi ně patří především projekt Strategie ochrany před negativními dopady povodní a erozními jevy přírodě blízkými opatřeními v České republice [3], jehož výsledky jsou publikovány na portálu www.vodavkrajine.cz. Cílem projektu byly návrhy komplexních systémů protipovodňových a protierozních opatření v ploše povodí na zemědělské i lesní půdě a opatření na vodních tocích a v nivách. Při sestavování Katalogu bylo rovněž využito poznatků získaných z řešení projektu Nové postupy optimalizace systémů integrované ochrany území v kontextu jejich ekonomické udržitelnosti [4].

Katalog vychází také z dílčích výstupů úkolů řešených pro MŽP v rámci podpory výkonu státní správy v problematice sucho v letech 2016–2018 [5, 6]. V průběhu těchto let byl vypracován seznam opatření na zemědělské a lesní půdě a na tocích a údolních nivách, která jsou obecně vhodná pro zvýšení retence vody v krajině. Při jejich výběru byl kladen důraz na to, aby tato opatření minimálně nezhoršovala ekologický stav vodních útvarů.

Katalog vymezuje pět druhů opatření, která se dále dělí na 26 typů opatření (tabulka 1). Některé typy opatření jsou dále členěny na detailní typy (např. průlehy, příkopy) nebo komponenty (např. revitalizace). Rovněž typ opatření malé vodní nádrže (dále MVN) je rozdělen na detailní typy podle ČSN Malé vodní nádrže [7]. Zařazeny byly ty, které se ukázaly jako vhodné pro zadržení vody v krajině. Pro komplexní pohled na retenci vody byl Katalog doplněn o dva další druhy opatření, a to agrolesnická opatření a hospodaření s dešťovou vodou.

Tabulka 1. Vymezení druhů a typů opatření v katalogu
Table 1. Specification of categories and types of measures in the catalog

Všechny typy opatření jsou popsány formou jednotného katalogového listu (tabulka 2), který obsahuje základní charakteristiky opatření, popis jejich interakce a vlivu na složky životního prostředí i společnost, schematické nákresy opatření, fotodokumentaci příkladů jejich realizací a rovněž časové hledisko přípravy a realizace a rychlosti dosažení očekávaného efektu jednotlivých opatření. Osnova katalogového listu je částečně inspirována i strukturou katalogu opatření pro plánování [8] podle směrnice 2000/60/ES.

Celkem bylo vytvořeno 13 katalogových listů pro opatření na zemědělské půdě a samostatný list pro MVN. Opatření na lesní půdě jsou uvedena na celkem devíti katalogových listech a pro opatření na tocích a v nivách existují čtyři katalogové listy. Agrolesnická opatření a hospodaření s dešťovou vodou jsou stručně charakterizovány každé na jednom listě.

Tabulka 2. Struktura katalogového listu
Table 2. Structure of the catalog sheet

Součástí prací na sestavení Katalogu bylo také hodnocení opatření z hlediska jejich účinnosti a efektivnosti na zvýšení retence vody v krajině. Výběr hodnoticích kritérií byl koncipován tak, aby zohlednil i možné dopady opatření na ekologický stav vodních útvarů. Celkem bylo definováno šest skupin těchto kritérií, pro které bylo stanoveno od 4 do 6 hodnoticích hledisek (tabulka 3).

Tabulka 3. Kritéria hodnocení účinnosti opatření
Table 3. Criteria for evaluating the effectiveness of the measure

Slovní popis hodnocení je součástí každého katalogového listu a odráží výsledky semikvantitativního hodnocení efektivity opatření, které bylo realizováno metodou multikriteriální analýzy. Toto hodnocení je podrobně popsáno v závěrečné zprávě VÚV TGM, viz [6], a výsledky ve formě nástroje hodnocení efektivnosti opatření jsou součástí metodického návodu [9], který je volně dostupný na portálu www.suchovkrajine.cz.

Katalog je dostupný na informačním webovém portálu Sucho v krajině (http://suchovkrajine.cz) v části Výstupy.

Aplikace Typová opatření pro zadržení vody v krajině

Souběžně s Katalogem byla připravena webová mapová aplikace Typová opatření pro zadržení vody v krajině (dále jen Mapová aplikace), která je postavena na technologiích programovacího jazyka R [10] a nástrojů HTML5 [11]. Jako podklad využívá Mapová aplikace mapy ve formátu OpenStreetMap (polohopisná mapa) [12] a ortofotomapu ČÚZK.

Mapová aplikace je koncipována jako nástroj pro podporu realizace opatření v ploše povodí a na vodních tocích a za účelem posílení informovanosti široké veřejnosti. Základem Mapové aplikace je soubor tzv. vzorových lokalit s realizovanými nebo navrženými komplexy opatření. Celkem bylo vybráno 17 vzorových lokalit pro opatření na zemědělské půdě a 11 vzorových lokalit pro toky a nivy mimo zastavěné území. Cílem bylo zvolit co nejrůznorodější lokality podle charakteru území a zároveň postihnout co nejširší škálu typů opatření.

Obr. 1. Webová mapová aplikace Typová opatření pro zadržení vody v krajině
Fig. 1. Web map application Typical measures for water retention in the landscape

Pro každou vzorovou lokalitu opatření na zemědělské půdě byly na základě klastrové analýzy sestaveny soubory základních fyzicko-geografických charakteristik vztažených k povodím 4. řádu. Kombinace hodnot těchto charakteristik pak umožňují přiřadit jednu nebo více vzorových lokalit k jednotlivým povodím 4. řádu s podobnými charakteristikami jako možné řešení opatření na zemědělské půdě.

Vzorové lokality na tocích a v nivách jsou kategorizovány podle příslušnosti toku do řádu podle Strahlera v kombinaci s nadmořskou výškou. Vhodné úpravy toků v intravilánu jsou popsány pomocí jednoho informačního listu, který uvádí více příkladů. Vzorové lokality opatření na lesní půdě budou doplněny v další fázi tvorby Mapové aplikace.

Uživatel aplikace může všechny příklady využít pro návrhy systému opatření, a to v libovolné řešené lokalitě v ČR s přihlédnutím na charakteristiky a potřeby daného zájmového území. Mapová aplikace nabídne uživateli seznam vzorových lokalit s komplexy opatření, které jsou pro dané území jako vzor nejvhodnější (obr. 1), a to na základě kategorizace popsané výše. Ke každé vzorové lokalitě je možné v aplikaci otevřít tzv. informační list lokality, který obsahuje podrobnější popis lokality, realizovaných nebo navržených opatření v ní, včetně popisu jejich účinků z pohledu zlepšení zadržení vody v krajině a výsledků modelování vlivu opatření na objem zadržené vody i na její kvalitu. Zároveň se v jednom z oken aplikace zobrazí situační nákres umístění opatření v prostoru, v dalším fotodokumentace, popř. schéma vztahující se k danému typu opatření a rovněž link na příslušný katalogový list.

Webová mapová aplikace je dostupná na webovém portále Sucho v krajině (http://suchovkrajine.cz) v části Mapové kompozice.

Závěr

Katalog přírodě blízkých opatření pro zadržení vody v krajině a mapová aplikace Typová opatření pro zadržení vody v krajině byly vytvořeny s cílem přiblížit problematiku zvýšení retence vody v krajině široké veřejnosti. Katalog je určen jako metodická pomůcka především pro projektanty pozemkových úprav a územně plánovacích dokumentací, zpracovatele studií proveditelnosti, orgány státní správy a samosprávy, a to s cílem napomoci jednotnému přístupu při přípravě, návrhu a realizaci komplexních systémů opatření v rámci hydrologického celku. Měl by se stát nedílnou součástí plánovacích procesů, ať již podle směrnice 2000/60/ES nebo směrnice 2007/60/ES, kde by měl doplnit již stávající katalogy opatření.

Zejména pro širokou veřejnost je určena webová aplikace Typová opatření pro zadržení vody v krajině, v rámci které uživatelé získají představu, jakým způsobem je ve vybraném území možné řešit zadržování vody v krajině, a to prostřednictvím vybraných příkladů vhodných opatření (nebo systémů opatření) na vzorových lokalitách. V současnosti je aplikace připravena pro řešení opatření na zemědělské půdě a na tocích a v nivách.

Postup, jak Katalog i Mapovou aplikaci využít při návrzích opatření, představuje metodický návod na výběr vhodných opatření pro zadržení vody v krajině [9]. Tento metodický návod by měl napomoci k jednotnému přístupu při přípravě, návrhu a zpracování účinných systémů opatření v rámci hydrologického celku.

Oba představované nástroje jsou součástí webového portálu „Sucho v krajině“, který slouží jako informační platforma o jednotlivých krocích směřujících k naplňování úkolů definovaných v Koncepci ochrany před následky sucha pro území České republiky schváleným vládou ČR v červenci 2017.

Opatření zařazená do Katalogu a představená v Mapové aplikaci ve formátu vzorových lokalit tvoří základ pro návrhy komplexních systémů opatření při adaptaci území na projevy extrémních hydrologických situací – nedostatku vody i povodní. Tyto dva extrémy nelze od sebe oddělovat. Obecně mají všechna vhodně navržená opatření stejné cíle – podpoření vsaku vody do půdy, zpomalení povrchového odtoku, prodloužení doby zadržení vody v krajině, bez ohledu na to, zda jsou opatření navrhována jako ochrana před negativními dopady sucha či povodní. Vhodně navržená ochranná opatření v krajině, která jsou Katalogem doporučována, by také měla podporovat ochranu krajinných systémů i obnovu v místech předchozího narušení způsobeného převážně za přispění lidské činnosti.

Poděkování

Příspěvek popisuje výstupy úkolu Podpora výkonu státní správy v problematice sucho řešeného pro Ministerstvo životního prostředí v letech 2016–2018.

Posted by & filed under Hydraulika, hydrologie a hydrogeologie.

Souhrn

V rámci několika výzkumných úkolů pro MŽP, zejména v oblasti problematiky zvládání sucha, byl vypracován katalog přírodě blízkých opatření a vytipovány typické lokality pro jejich aplikaci. Účinek navržených opatření na různé aspekty hydrologického režimu povodí byl hodnocen prostřednictvím modelových nástrojů. Předložený příspěvek prezentuje výsledky tohoto hodnocení na jedné z typických lokalit – povodí Olešné u Pelhřimova. Ovlivnění dlouhodobého odtokového režimu bylo simulováno prostřednictvím modelu BILAN, vliv na extrémní odtoky byl hodnocen v modelu HMS a potenciální změny v látkových tocích byly vymezeny formou citlivostní analýzy v modelu HYPE. V případě dlouhodobé bilance byl identifikován lehce pozitivní vliv ve srážkově bohatých letních měsících a lehce negativní vliv ve zbytku roku. Z hlediska extrémních odtoků mají navržená opatření potenciál prakticky zcela zadržet odtokovou odezvu na srážky s dobou opakování 2–5 let, u vyšších pak byla prokázána schopnost značné redukce kulminačních průtoků i objemu odtoku, případně jejich zpoždění. Citlivostní analýza látkových toků ukázala, že přechod z orné půdy na luční porost zapříčiní pokles koncentrace dusíku a rozpustného fosforu, nikoliv však pevného fosforu. Dávkování hnojiv má vliv pouze na fosfor v obou fázích a jejich výsledná koncentrace kladně koreluje s mírou dávkování, dusík zůstává neměnný.

Úvod

V předložené studii je zjednodušeně kvantifikován vliv přírodě blízkých retenčních opatření na hydrologický systém v povodí Olešné u Pelhřimova. V povodí byla navržena řada dílčích opatření vybraných z katalogu, který byl sestaven v rámci úkolu pro MŽP. Cílem studie bylo vyhodnocení komplexního dopadu systému opatření jak na dlouhodobý hydrologický režim, tak na extrémní odtoky a látkové toky v povodí. Navržený postup umožňuje orientační stanovení hodnot parametrů modelů BILAN, HMS a HYPE pro povodí, jehož hydrologický systém je ovlivněn zejména plošnými, případně několika liniovými či bodovými přírodě blízkými opatřeními.

Předpokládaným pokračováním této studie je ověření modelových výsledků pomocí fyzického monitoringu. Ten by měl vyhodnotit skutečný dopad navržených opatření na simulované aspekty hydrologického režimu. Takové hodnocení lze však provést pouze srovnáním stávajícího stavu se stavem dosaženým řádově 10 let po realizaci jednotlivých opatření v povodí, což vyžaduje trvalou údržbu a podporu komplexního monitoringu povodí.

Obr. 1. Terénní mapa a letecký snímek lokality s naznačeným dělením na dílčí povodí pro modelování v HMS
Fig. 1. Terrain map and ortophotograph with subcatchment boundaries used for modelling in HMS

Charakteristika lokality a navržená opatření

Povodí posuzovaného povodí Olešné se nachází 4 km východně od Pelhřimova v kraji Vysočina. Část povodí s plánovanými opatřeními je dána závěrovým profilem umístěným 100 m pod zaústěním bezejmenného pravostranného přítoku mezi průmyslovým a zemědělským areálem nad obcí Olešná. Jeho rozloha je 8,9 km2, průměrná nadmořská výška 592 m n. m. a průměrný sklon území 7,6 % (odvozeno z DMR4G). Jak je patrné z obr. 1, charakter povodí je spíše vrchovinný s převažujícím podílem zemědělské půdy a jen drobnou venkovskou zástavbou.

Jednou z nejjednodušších charakteristik odtokového režimu povodí zahrnující vliv hydrologických charakteristik půd i půdního pokryvu je číslo odtokové křivky CN. Na obr. 2 jsou zobrazeny jeho hodnoty pro tři úrovně nasycení povodí podle indexu předchozích srážek CN I, CN II a CN III pro současné podmínky bez zahrnutí navrhovaných opatření.

Obr. 2. Rozložení hodnot CN v povodí Olešné pro různé počáteční stavy nasycení
Fig. 2. CN values distribution in Olešná stream catchment for different antecedent precipitation indices

Klimatologické veličiny byly na povodí Olešné vyhodnoceny pro tři časová období: 1961–1990, 1991–2005 a 2006–2015 a jsou znázorněny formou box-plotů na obr. 34. Jednotlivá období jsou od sebe barevně odlišena. Na obr. 3 lze vidět, že z pohledu průměrných měsíčních úhrnů bylo prostřední hodnocené období 1991–2005 srážkově spíše nadprůměrné a současný stav se přiblížil zpět podmínkám v prvním období 1961–1990.

Obr. 3. Měsíční srážkové úhrny za období 1961–1990, 1991–2005 a 2006–2015 ve formě box-plotů
Fig. 3. Monthly precipitation means in 1961–1990, 1991–2005 and 2006–2015 periods in the box-plot form

Z hlediska teplot vzduchu za období 1961–2015 byly hodnoceny průměrné měsíční teploty za shodná období jako v případě srážek, výsledné grafy jsou znázorněny na obr. 4. Můžeme na něm pozorovat zřetelný nárůst teplot, a to především v zimních a letních měsících. Tento nárůst znamená snížení zásoby vody ve sněhu v zimním období, dřívější jarní tání a zároveň nižší jarní odtoky a v létě výrazný nárůst evapotranspirace.

Obr. 4. Průměrné měsíční teploty vzduchu za období 1961–1990, 1991–2005 a 2006–2015 ve formě box-plotů
Fig. 4. Monthly temperature means in 1961–1990, 1991–2005 and 2006–2015 periods in the box-plot form

Statistická významnost trendu měsíčních srážkových úhrnů a teplot vzduchu za celé období 1961–2015 byla posouzena Mann-Kendalovým testem. Výsledky jsou zobrazeny na obr. 5. Lze pozorovat statisticky významný nárůst teploty s vysokou hladinou významnosti především v měsících na počátku vegetačního období, kdy naopak srážkové úhrny mají spíše klesající, ač statisticky málo významnou, tendenci. Celkově srážkové úhrny spíše lehce rostou.

Obr. 5.  Analýza trendů měsíčních úhrnů srážek a průměrných teplot vzduchu pomocí Mann-Kendallova testu
Fig. 5. Trend analysis of monthly means of temperatures and precipitation using Mann-Kendall test

Kromě dlouhodobých klimatických charakteristik byly za účelem posouzení ovlivnění extrémních odtoků odvozeny šestihodinové návrhové srážky s dobami opakování 2–50 let podle metodiky [1]. Úhrny návrhových srážek jsou zobrazeny na obr. 6.

Průběh srážky významně ovlivňuje hydrologickou odezvu povodí. Rozmanitost průběhu přírodních srážek je velmi značná a z těchto důvodů byly použity typizované návrhové šestihodinové hyetogramy, průběh jejich pětiminutových intenzit je znázorněn na obr. 7 nahoře. Typy hyetogramů jsou označeny písmeny A až F, kdy typy A, B, E a F mají jednoduchý průběh, typy C a D představují srážky se dvěma vrcholy. Pravděpodobnost výskytu návrhové srážky pro danou dobu opakování N v řešené lokalitě je zobrazena na obr. 7 dole.

 

Obr. 6. Úhrny šestihodinové návrhové srážky s dobami opakování 2, 5, 10, 20 a 50 let
Fig. 6. Six-hour design rainfall totals of return periods 2, 5, 10, 20 and 50 years

V povodí Olešné byla navržena kombinace technických a přírodě blízkých opatření. Schematicky je znázorněna na obr. 8 a skládá se z následujících dílčích opatření:

  • Vodní nádrž

Nová vodní nádrž byla navržena jako protipovodňová ochrana obce Plevnice, s dostatečným retenčním potenciálem pro transformaci povodňové vlny. Nádrž může být realizována jako suchá nebo s částečným nadržením. Konečný typ nádrže vyplyne až z podrobně vyhotovené dokumentace nádrže podle potřeby a kapacity sběrné plochy povodí nad nádrží. Při současné podrobnosti řešení bylo vyčísleno, že pokud by se jednalo o suchou retenční průtočnou nádrž, dokázala by zachytit objem celé stoleté povodňové vlny. Zároveň by ale v případě provedení s částečným nadržením mohla v období sucha zajišťovat akumulaci vody v krajině a napomáhat k infiltraci povrchového odtoku.

  • Opatření na stávající vodní nádrži

Návrh předpokládá rekonstrukci objektů, hráze nebo odbahnění podle detailní technické prohlídky, místních podmínek a potřeb.

  • Revitalizace vodního toku a nivy

Účelem tohoto opatření je přiblížit morfologii koryta vodního toku směrem k přírodním podmínkám, zajistit migrační zprůchodnění příčných objektů, obnovit proces zaplavování nivy při zvýšených průtocích atd. Návrh předpokládá s revitalizací v celkové délce až 4 600 m.

  • Agrotechnická opatření

Cílem agrotechnických opatření je maximální možné zkrácení času, po který není půda chráněna vegetačním pokryvem, a zlepšení půdních vlastností prostřednictvím alternativních způsobů obdělávání. Hlavní funkcí je ochrana půdy, tedy zamezení degradace půdy a snížení erozního smyvu. Celkově je cíleno na zlepšení vodního režimu v půdě. Mezi plošná agrotechnická opatření patří např. technologie ochranného zpracování půdy, hrázkování, důlkování, mulčování, setí do krycí plodiny apod.

  • Trvalé zatravnění

Toto opatření představuje krajní zásah do existujícího způsobu hospodaření a bývá obvykle navrhováno na mělkých a silně erozně ohrožených půdách s vyšším sklonem. Plně zapojený travní porost je neúčinnější protierozní ochrana, chrání půdu před degradací a celkově napomáhá zlepšení vodního režimu v půdě.

Metodika

Navržená opatření jsou značně rozmanitá z hlediska velikosti, dimenze (bodová, liniová až plošná) či účelu, tedy přírodního procesu, který mají ovlivňovat. Univerzální a ucelené hodnocení celého systému opatření tedy není dobře dosažitelné. V rámci řešeného projektu bylo dále posuzováno celkem 20 lokalit s omezenými datovými podklady, proto ani příliš detailní modelování nejmodernějšími prostředky nebylo možné aplikovat. Proto byly vybrány tři aspekty hydrologického chování povodí, jejichž ovlivnění realizovanými opatřeními bylo samostatně posuzováno různými metodami a prostředky:

  1. změny v dlouhodobém odtokovém režimu byly posouzeny v modelu BILAN v kombinaci s metodou SCS-CN,
  2. ovlivnění extrémních odtoků bylo simulováno modelem HMS v kombinaci s metodou SCS-CN,
  3. možný vliv opatření na látkové toky v povodí byl kvantifikován pomocí modelu HYPE.
Obr. 7. Návrhové hyetogramy srážky v rozlišení 5 minut (nahoře) a pravděpodobnost jejich výskytu v povodí Olešné (dole)
Fig. 7. Design rainfall hyetographs of 5 minutes resolution (top panel) and their occurrence frequency in the Olešná stream catchment (bottom panel)

Metoda SCS-CN, aplikovaná ve dvou ze tří uvedených posouzení, je v ČR známa jako metoda odtokových křivek. Metoda je celosvětově oblíbená vzhledem ke své jednoduchosti a stále se hojně využívá, přestože má mnohá teoretická omezení. Používá se ke stanovení velikosti přímého odtoku (povrchový odtok plus rychlý podpovrchový odtok) na základě znalosti intenzity úhrnu příčinné srážky a hydrologických vlastností půdy a půdního pokryvu. Metoda byla testována a ověřena mnohými výzkumy a studiemi odtokových poměrů. V malých povodích existuje dobrá korelace mezi naměřenou výškou odtoku a výškou odtoku stanovenou metodou čísel SCS-CN. Průměrné hodnoty CN pro libovolné území lze snadno určit z běžných datových podkladů s využitím nástrojů GIS. Metoda odtokových křivek může být použita při navrhování vodohospodářských opatření a drobných staveb nacházejících se v ploše povodí nebo na vodních tocích do velikosti povodí 5 km2 [2].

Metoda SCS-CN byla odvozena na zemědělsky využívaných povodích, jejichž plocha není větší než 10 km2. Zejména pro velká povodí je potřeba u výsledků výpočtu počítat se značnými nepřesnostmi. Dalším faktorem ovlivňujícím přesnost metody zejména pro extremální úlohy je časové rozložení intenzit srážek, které metoda CN nezohledňuje, neboť pro jakýkoliv zvolený průběh srážky dává totožný objem odtoku. Průměrná hodnota CN se pro konkrétní území určuje jako plošný vážený průměr hodnot pro jednotlivé pozemky. Tato detailní čísla se stanovují obvykle podle metodických tabulek. Pro potřeby projektu byly využity tabulkové hodnoty CN převzaté z originální metodiky [3] a pro netabelované kategorie půdního pokryvu (PP), jako například pro agrotechnická opatření, byly z těchto originálních hodnot odvozeny nové podle odborného posouzení charakteru opatření. Pro přiřazení CN k elementárním odtokovým plochám je potřeba znát druh PP a hydrologickou skupinu půd (HSP). Datová vrstva PP byla odvozena ze ZABAGED se zjednodušením na deseti kategoriích povrchu. Pro určení hydrologické skupiny půd byla využita volně dostupná data BPEJ pro zemědělskou půdu a vrstva Lesních typů od ÚHÚL překlasifikovaná na HSP podle metodiky [4]. Tabelované hodnoty CN se zpravidla vztahují k průměrnému vlhkostnímu stavu danému indexem předchozí srážky (IPS2), pro potřeby extremálního modelování byly hodnoty CN II dále přepočteny i pro nasycený stav daný indexem IPS3. Z hodnot CN II a III byly dále odvozeny příslušné hodnoty potenciální retence, které byly kromě samotného určení odtokové výšky v modelu HMS použity i pro stanovení parametru Spa v hydrologickém modelu BILAN. Prostřednictvím rozdílných hodnot CN pro původní stav povodí a stav po návrhu opatření se do modelů promítne efekt části posuzovaných opatření. Některá další specifická opatření byla v jednotlivých modelech zahrnuta jiným způsobem, podrobněji jsou popsána v následující části metodiky specificky pro konkrétní model.

Obr. 8. Navržená technická a přírodě blízká opatření v povodí Olešné
Fig. 8. Design system of natural restoration measures in the Olešná stream catchment

Opatření a hydrologický model BILAN

Pro modelování hydrologické bilance byl použit model BILAN, který je vyvíjen více než 15 let na oddělení hydrologie Výzkumného ústavu vodohospodářského T. G. Masaryka, v. v. i. Model počítá v denním či měsíčním časovém kroku chronologickou hydrologickou bilanci povodí či území. Vyjadřuje základní bilanční vztahy na povrchu povodí, v zóně aerace, do níž je zahrnut i vegetační kryt povodí, a v zóně podzemní vody. Jako ukazatel bilance energie, která hydrologickou bilanci významně ovlivňuje, je použita průměrná teplota vzduchu. Výpočtem se modeluje potenciální evapotranspirace, územní výpar, infiltrace do zóny aerace, průsak touto zónou, zásoba vody ve sněhu, zásoba vody v půdě a zásoba podzemní vody. Odtok je modelován jako součet tří složek: dvě složky přímého odtoku (zahrnující i hypodermický odtok) a základní odtok [5]. Pro modelování hydrologické bilance byla použita měsíční verze modelu, která má osm parametrů. Pro modelovaný odtok má klíčový význam parametr Spa, který udává retenci půdy v povodí a parametr Grd udávající odtok ze zásob podzemních vod (základní odtok).

Vstupem do modelu jsou denní či měsíční veličiny:

  • srážkové úhrny (mm),
  • průměrné teploty (°C),
  • průměrná vlhkost vzduchu (%),
  • pozorované odtokové výšky (mm),
  • užívání vody (odběry, vypouštění),
  • potenciální evapotranspirace (mm).

Pro hodnocení změn v chování povodí způsobené realizací navržených opatření bylo využito přístupu předchozí práce [6], v níž byl pro stanovení parametru Spa identifikován následující lineární model na základě krokové regrese:

kdeS3jemaximální retence pro III. typ předchozích vláhových podmínek (mm),
Ddhustota říční sítě povodí (km/km2),
Stprůměrný sklon říční sítě (%).

Celý soubor představuje statisticky významné vstupní veličiny, což bylo potvrzeno výsledky F testu a t‑testů.

Pro parametr Grd byl krokovou regresí stanoven následující lineární model:

kde soubor deskriptorů je tvořen průměrným sklonem říční sítě St (%) a maximálním lokálním sklonem v povodí Smax (%). Opět výsledný model obsahuje statisticky významné vysvětlující geomorfologické veličiny podle F testu a t‑testů.

Pro samotné stanovení parametrů modelu byly vypočteny pro jednotlivá povodí hydrogeomorfologické charakteristiky jako:

  • hustota říční sítě,
  • průměrný sklon říční sítě,
  • sklonitost povodí,

ze kterých byl následně odvozen parametr Spa vyjadřující retenční kapacitu povodí. Pro samotné modelování byla využita časová řada v měsíčním časovém kroku za období 1961–2015 tak, aby obsahovala co největší variabilitu hydrologického režimu.

Opatření v modelu HMS

HMS je veřejně dostupný a bezplatně poskytovaný nástroj vyvíjený v americkém Hydrologic Engineering Center. Jedná se o softwarové prostředí umožňující využití řady výpočetních modelů a metod, z nichž asi nejrozšířenější je metoda odtokových křivek SCS-CN. Velkou nevýhodou této metody je, že hodnota výsledné odtokové výšky není závislá na časovém rozložení příčinné srážky. Odtoková výška ze dvou srážek s totožným úhrnem ale s průběhy např. v podobě rovnoměrného deště nízké intenzity a přívalovou srážkou je rovněž totožná, což neodpovídá fyzikálním principům tvorby přímého odtoku. Z tohoto důvodu je třeba opatrnosti při interpretaci výsledků modelu, neboť objemy odtoku i kulminační průtoky mohou být u přívalových srážek podhodnoceny.

Pro určení výsledného odtoku z příčinné srážky je nutné hyetogram efektivní srážky získaný metodou SCS-CN transformovat do odtokové odezvy. V HMS lze k tomuto účelu využít opět řadu metod, nejznámější je pravděpodobně metoda jednotkového hydrogramu. Jedná se o jedno- či víceparametrickou matematickou funkci rozkládající jednorázový srážkový impulz do odtokové vlny. Parametry určující tvar hydrogramu lze odvodit často z hydromorfologických charakteristik povodí, např. maximální délky odtokové dráhy a průměrného sklonu povodí.

Pro určení dopadů navržených opatření na extrémní odtoky byly v HMS sestaveny modely povodí ve dvou variantách – před a po realizaci opatření. V případě povodí Olešné sestával model celkem z pěti dílčích podpovodí. Pro určení objemu odtoku byly použity průměrné hodnoty CN II pro většinu druhů půdního pokryvu, u orné půdy pak byly použity hodnoty pro nejvíce rizikový scénář, tedy holý úhor. Pro transformaci odtoku byla zvolena metoda SCS jednotkového hydrogramu, která vyžaduje pouze jeden parametr – dobu zpoždění. Ta byla určena z hodnoty CN II, maximální délky odtokové dráhy a průměrného sklonu povodí.

Obr. 9. Průměrné měsíční odtokové výšky ve formě box-plotů pro jednotlivé varianty hodnocení
Fig. 9. Monthly average runoff heights in the box-plot form according to modelled scenario

Model povodí Olešné byl zatížen sadou šestihodinových návrhových srážek s dobou opakování N = 2, 5, 10, 20 a 50 let, a to v několika variantách průběhu intenzity srážky. Prostorové rozložení návrhové srážky bylo uvažováno homogenní, tedy totožný úhrn pro všechna podpovodí. Tento postup je v souladu se zjištěním Řezáčové [7], že extrémní úhrny je třeba redukovat podle zasažené plochy přibližně od 20 km2. Návrhové úhrny byly získány pomocí webové processingové služby (WPS) poskytované pracovištěm ČVUT (rain.fsv.cvut.cz).

Krátkodobé srážky, které jsou nejčastější příčinou extrémních odtoků z malých povodí, se vyznačují značnou časovou variabilitou průběhu. Müller a kol. [8] odvodili na území ČR šest typických průběhů šestihodinových srážek A–F včetně četnosti jejich výskytu v závislosti na poloze a době opakování. Stejně jako návrhové úhrny byly tyto četnosti výskytu ve všech povodích získány s využitím zmíněné WPS služby. Pro modelování v HMS pak byly vybrány typy průběhů s významným zastoupením (více než 17 %) při dvou a více dobách opakování, v povodí Olešné se jedná konkrétně o dva průběhy typu C a E, jak ukazuje graf na obr. 7 dole. Jako návrhový stav byl uvažován průměrný stav nasycení daný indexem předchozího nasycení II, což je v souladu s metodikou [1].

V modelování odezvy povodí na extrémní srážky byl zohledněn výskyt navrženého retenčního prvku – suché nádrže. Výpočet transformace umožňuje HMS na základě definice výpustních objektů a křivek zásobní funkce nádrže či zatopených ploch. Objekty byly specifikovány orientačně na základě dimenzí typických pro daný typ stavby. Zásobní funkce nádrže byly odvozeny v GIS na základě DMT a mapových podkladů.

Posledním typem modelovaného opatření je revitalizace vodního toku a přilehlé nivy. Pro transformaci odtokové vlny ve vodním toku využívá HMS jednoduchou hydrologickou metodu Muskingum-Cunge. Pro definici transformace je nutné zadat délku a sklon říčních úseků, geometrii koryta a jeho hydraulické drsnosti. Délka a sklon byly určeny v GIS, geometrie byla definována zjednodušeně jako jednoduché kapacitní lichoběžníkové koryto pro ovlivněné úseky toku a jako složené lichoběžníkové koryto s širokými bermami pro přírodě blízké úseky. Jako příslušné výchozí drsnosti byly použity hodnoty 0,025, resp. 0,025 či 0,03. Pro úseky s navrženou revitalizací byla v modelu o 30 % prodloužena délka úseku toku, příslušným způsobem snížen podélný sklon, příčný profil změněn na přírodě blízký (mělká kyneta a široké rozlivné bermy) a zvýšena hydraulická drsnost na 0,03 a 0,035.

Modelování opatření v HYPE

HYPE je semidistribuovaný open-source hydrologický model [9], který slouží k simulaci látkových toků v rámci povodí. Pracuje na bázi fragmentace povodí na podpovodí, která jsou dále rozdělena do skupin hydrologicky responzivních jednotek (HRJ), které jsou výsledkem kombinace rastrových vrstev, jmenovitě vrstvy digitálního modelu terénu, vrstvy sklonitosti, vrstvy krajinného krytu, vrstvy základních hydropedologických ukazatelů (hloubka hydrologicky aktivní vrstvy půdy a skeletovitost půdy) a volitelně v rámci modelování kvality vody vrstvy plodinových map, popř. drenážních systémů. Jednotlivé HRJ mají unikátní hydrologický režim, jež je ovládán příslušnými parametry modelu. HRJ vstupují do modelu ve formě procentuálního zastoupení každé HRJ v rámci jednotlivých povodí. Model uvažuje až tři půdní vrstvy s rozdílnými hloubkami pro přesnější simulaci pohybu nutrientů půdou. Model pracuje se třemi skupinami parametrů, které jsou vázány buď globálně, nebo na druh krajinného pokryvu, nebo na typ půdy.

Kromě zmiňovaných rastrových vstupů jsou dále vstupem do modelu charakteristiky vodních děl, zejména těch manipulovaných, jmenovitě hloubka, objem, plocha, typ vodní nádrže, průměrný odtok z nádrže, minimální zůstatkový odtok z nádrže a řada dalších. Vstupem do modelu je také procentuální zastoupení vodních ploch na povodí, které bylo odvozeno z vektorové vrstvy nádrží z databáze DIBAVOD. Stejně tak délka hlavního toku a délka vedlejších toků. Protože na experimentálních lokalitách nejsou k dispozici údaje o průtocích ani záznamy o kvalitě vody, byly vybrány analogony (povodí s podobnými charakteristickými vlastnostmi, která měla k dispozici buď měření průtoků, nebo údaje o kvalitě vody, a na která byl model kalibrován), na které byly přeneseny parametry modelu z experimentálních lokalit. Poněvadž zatím nebylo známo uskupení pěstovaných rostlin v daných experimentálních lokalitách, byly aplikovány standardní hodnoty pro obecnou úzkořádkovou obilovinu.

Obr. 10. Změny měsíčních odtokových výšek ve formě box-plotů (před opatřením a po realizaci opatření)
Fig. 10. Changes in the monthly average runoff heights between current state of the catchment and after application of the designed restoration measures

Z důvodu chybějících údajů pro jednotlivé lokality bylo modelování vlivu adaptačních opatření na jakost vody provedeno formou citlivostní analýzy vnitřních komponent modelu, které lze považovat za formy některých adaptačních opatření. Zmiňovanými komponentami byly:

změna struktury půdy: uvažována záměna jemnozrnné půdy za půdu hrubozrnnou, a to v 5% kroku, jinými slovy v každém kroku bylo z povodí odebráno 5 % půdy jemnozrnné a přidáno 5 % půdy hrubozrnné;

změna půdního pokryvu: uvažována záměna orné půdy za luční porost, a to v 5% kroku, jinými slovy v každém kroku bylo z povodí odebráno 5 % orné půdy a přidáno 5 % lučního porostu;

změna v množství dávkovaných hnojiv: bylo uvažováno odečítání v 10% kroku od standardního dávkování, dokud dávkování nebylo rovno 0 % standardní dávky, a naopak přičítání k standardnímu dávkování, dokud dávkování nebylo rovno 200 % standardní dávky;

změna v množství atmosférické (suché i mokré) depozice dusíku: bylo uvažováno odečítání ve 25% kroku od standardních hodnot atmosférické depozice, dokud depozice nebyla rovna 0 % standardní depozice, a naopak přičítání k standardní hodnotě atmosférické depozice, dokud depozice nebyla rovna 200 % standardní depozice;

změna teploty ovzduší o 2 °C: bylo uvažováno zvýšení veškeré vstupní teploty do modelu o 2 °C (tato změna zavedena za účelem zjištění citlivosti modelu na zvýšení teploty v rámci jakosti vody).

Výsledky

Podobně jako v případě metodiky jsou zde prezentovány výsledky modelování efektu navržených opatření odděleně pro tři zohledněné aspekty hydrologického chování povodí.

Tabulka 1. Vyhodnocení krátkodobých srážko-odtokových epizod
Table 1. Changes in characteristics of runoff from design short-term rainfall events

Ovlivnění dlouhodobé hydrologické bilance

Na obr. 9 jsou vyhodnoceny průměrné odtokové výšky za období 1961–2015 pro danou lokalitu a čtyři scénáře. Na obr. 10 jsou zobrazeny změny odtokových výšek po aplikaci opatření pro průměrný a nasycený stav. Lze pozorovat minimální negativní dopad na dlouhodobý vodní režim a v letních měsících lehký nárůst odtoků.

Ovlivnění extrémních odtoků

V zájmové lokalitě Olešná byla navržena rozsáhlá organizační a agrotechnická protierozní opatření, revitalizace prakticky všech úseků vodního toku a jedna nová vodní nádrž o rozloze 4,5 ha. Z hlediska průběhů krátkodobých srážek v lokalitě převažují typy C a E. Ovlivnění odtokové odezvy na extrémní návrhové srážky s těmito průběhy a s dobami opakování 2–50 let ukazuje obr. 11 a procentuální snížení kulminačních průtoků, objemu odtoku do konce simulace a posun kulminace je vyčíslen v tabulce 1.

Z uvedených grafů a hodnot je patrné, že navržená opatření mají potenciál prakticky zcela zadržet odtokovou odezvu na srážky s dobou opakování 2–5 let. Při extrémnějších událostech zajistí značnou redukci kulminačních průtoků i objemu odtoku v časovém úseku simulace (11 h). Na redukci má nejvýraznější vliv navržená suchá nádrž, jejíž kapacita je srovnatelná s objemem 100leté povodňové vlny ze svého dílčího povodí. Hodnoty redukce objemu odtoku v tabulce 1 jsou ovlivněny krátkou dobou simulace, během níž nebyl dokončen výpočet transformace odtokových vln v suché nádrži. Výsledné redukce objemu je nutné očekávat ve skutečnosti nižší. Z hlediska průběhu návrhových srážek generuje vyšší kulminační odtoky dvouvrcholová návrhová srážka typu C, rozdíl oproti druhému nejčastějšímu průběhu typu E však není výrazný. Podstatně se oba průběhy liší pouze při posuzování zpoždění kulminací způsobených navrženými opatřeními: Vlnu vyvolanou intenzivnější srážkou typu C zpožďují v průměru o 10 minut, zatímco vlny vyvolané rovnoměrnější srážkou typu E jsou zpožděny více, cca o 30 minut oproti stavu povodí bez navržených opatření.

Obr. 11. Návrhové průtoky podle doby opakování pro jednotlivé typy vln (čárkovaně před opatřením, plně po opatření)
Fig. 11. Maximum discharges of different return period resulting from the most frequent patterns of the causal design rainfall; dashed line for the current state of the catchment, dotted line after application of the designed restoration measures

Ovlivnění látkových toků

Obrázky 12–15 sumarizují citlivostní analýzu a dávají jasnou představu o tom, jaká komponenta modelu má vliv na tu kterou koncentraci modelovaných látek. Na ose Y lze vidět danou komponentu modelu (adaptační opatření), na ose X pak procentuální změnu dané komponenty, přičemž hodnota (resp. barva) dlaždice udává průměrnou hodnotu změny od výchozí modelované koncentrace. Modrá barva značí pokles od výchozí koncentrace, naopak červená značí nárůst od výchozí koncentrace a bílá barva reprezentuje nulovou změnu.

Hodnotový rozsah je pro každou látku specifický, poněvadž jejich koncentrace v povodích, resp. v tocích je rozdílná. Obecně lze vyvozovat, že s přechodem z jemnozrnné půdy na půdu s hrubší strukturou klesá koncentrace všech čtyř modelovaných látek (jmenovitě anorganický dusík, organický dusík, pevný fosfor a rozpustný fosfor). Přechod z orné půdy na luční porost zapříčiňuje pokles koncentrace dusíku a rozpustného fosforu, nikoliv však pevného fosforu. Dávkování hnojiv má vliv pouze na fosfor v obou fázích a jejich výsledná koncentrace kladně koreluje s mírou dávkování, dusík zůstává neměnný. Stejně tak atmosférická depozice dusíku logicky kladně koreluje s mírou koncentrace dusíku v tocích. Zvýšení teploty o 2 °C způsobuje nárůst pevného fosforu a organického dusíku a naopak pokles rozpustného fosforu a anorganického dusíku.

Obr. 12. Modelované změny koncentrací anorganického dusíku
Fig. 12. Simulated changes in the concentration of inorganic nitrogen
Obr. 13. Modelované změny koncentrací organického dusíku
Fig. 13. Simulated changes in the concentration of organic nitrogen
Obr. 14. Modelované změny koncentrací pevného fosforu
Fig. 14. Simulated changes in the concentration of particulate phosphorus
Obr. 15. Modelované změny koncentrací rozpustného fosforu
Fig. 15. Simulated changes in the concentration of dissolved phosphorus

Závěr

Na lokalitě Olešná u Pelhřimova budou mít navržená opatření lehce pozitivní vliv ve srážkově bohatých letních měsících, kdy je zpomalen odtok z území a lehce negativní vliv ve zbytku roku. Změny jsou také dány změnou klimatických veličin, kdy nárůstem teplot roste také potenciální a aktuální evapotranspirace.

Navržená opatření mají potenciál prakticky zcela zadržet odtokovou odezvu na srážky s dobou opakování 2–5 let a i pro extrémnější události zajistí značnou redukci kulminačních průtoků i objemu odtoku, případně jejich zpoždění.

Obecně lze vyvozovat, že s přechodem z jemnozrnné půdy na půdu s hrubší strukturou klesá koncentrace všech čtyř modelovaných látek (jmenovitě anorganický dusík, organický dusík, pevný fosfor a rozpustný fosfor). Přechod z orné půdy na luční porost zapříčiňuje pokles koncentrace dusíku a rozpustného fosforu, nikoliv však pevného fosforu. Dávkování hnojiv má vliv pouze na fosfor v obou fázích a jejich výsledná koncentrace kladně koreluje s mírou dávkování, dusík zůstává neměnný.

V rámci projektu bylo obdobně posouzeno 20 lokalit a podrobné výsledky jsou dostupné na webových stránkách www.suchovkrajine.cz.

Poděkování

Příspěvek vznikl v rámci úkolů řešených pro Ministerstvo životního prostředí České republiky a na základě výsledků různých výzkumných úkolů.

Posted by & filed under Hydraulika, hydrologie a hydrogeologie.

Souhrn

Nitrátová směrnice definuje pravidla pro vymezení zranitelných oblastí a stanovuje nástroje ke snížení znečištění vod dusičnany ze zemědělské produkce. Základním nástrojem je akční program a také zásady správné zemědělské praxe [1]. Plnění zásad správné zemědělské praxe a akčního programu je ve zranitelných oblastech pro zemědělské podnikatele povinné. Účelné nastavení těchto pravidel pak nejenže umožní snížit stávající znečištění dusičnany, ale pomůže takovému znečištění i předcházet. Proto je nezbytné propojení detailního monitoringu zemědělského hospodaření a monitoringu vod, které nám dá nové poznatky o vzájemném ovlivňování hospodaření a kvality vod v různých klimatických a přírodních podmínkách [2]. V současnosti probíhá detailní monitoring akčního programu na 10 pilotních lokalitách v rámci celé České republiky.

Úvod

Cílem směrnice Rady 91/676/EHS o ochraně vod před znečištěním způsobeným dusičnany ze zemědělských zdrojů [3] (dále nitrátová směrnice) je snižovat znečištění vod, které pochází ze zemědělských zdrojů, a předcházet dalšímu takovému znečišťování, a to jednak pro zajištění dodávek kvalitní pitné vody a jednak k ochraně povrchové vody před eutrofizací. V současné době jsou vyhlášeny zranitelné oblasti nařízením vlády č. 262/2012 Sb., o stanovení zranitelných oblastí a akčním programu, v platném znění [4], které nahradilo původní nařízení vlády č. 103/2003 Sb. Součástí tohoto nařízení je i akční program, což je nastavený program opatření, která mají za cíl snížit znečištění vod dusičnany ze zemědělství prostřednictvím konkrétních postupů.

V podmínkách České republiky je vyhlášen pouze jeden akční program, který je platný pro všechny vymezené zranitelné oblasti. Jednotlivá opatření akčního programu jsou však variantní a jejich uplatnění v zemědělské praxi se řídí půdně klimatickými podmínkami, vyskytujícími se na jednotlivých zemědělských pozemcích. Hlavní postupy uplatněné v akčním programu zahrnují podmínky používání hnojiv, skladování hnojiv a podmínky pěstování plodin. I přes výše uvedená opatření nedochází v některých vymezených zranitelných oblastech ke snížení znečištění povrchových i podzemních vod dusičnany a je třeba zaměřit pozornost na důvody, proč tomu tak je.

Podle nitrátové směrnice o ochraně vod před znečištěním způsobeným dusičnany ze zemědělských zdrojů, článku 5, odstavce 6 jsou členské státy povinny zavést monitorovací programy pro sledování účinnosti akčního programu. V České republice jsou dosud aktivity související se sledováním účinnosti akčního programu vázány téměř výhradně na monitorování vybraných pilotních farem, kde jsou velmi podrobně hodnoceny agrotechnické postupy a vybrané kritické operace [5, 6]. Vedle toho jsou pilotně v povodí Želivky sledovány efekty zemědělského hospodaření na stav povrchových vod ve vybraných profilech na drobných zemědělských tocích. V rámci současného monitoringu jsou sledovány také další indikátory účinnosti akčního programu, např. bilance dusíku, přeměna a pohyb dusíku v půdě při různých způsobech hospodaření a v různých půdně-klimatických podmínkách.

Obr. 1. Schéma postupu detailního zjišťování účinnosti akčního programu
Fig. 1. Scheme of the detailed evaluation of the Action Program effectiveness

Hlavním cílem prací pro zjištění příčin pokračujícího znečištění vod je však umožnit užší propojení stávajícího monitoringu zemědělského hospodaření ve zranitelných oblastech s monitoringem kvality vod. K tomuto účelu byla vytvořena v roce 2014 nová metodika detailního zjišťování účinnosti akčního programu, zejména v oblastech se zvýšenými koncentracemi dusičnanů v povrchových a podzemních vodách. Navržená metodika byla následně ověřena na čtyřech vytipovaných pilotních lokalitách v různých půdně-klimatických podmínkách a způsobech hospodaření. Byla vytvořena pravidla a pracovní postupy, které umožní detailní zjišťování a vyhodnocení hlavních zdrojů znečištění vod v konkrétních oblastech a stanovení příčiny zhoršující se kvality vod. Výsledky monitoringu byly využity k upřesňování jednotlivých opatření akčního programu, k optimalizaci monitoringu vod a k vytváření podkladů pro jednání s Evropskou komisí. Potvrdil se předpoklad, že je potřeba postupovat od poznatků na úrovni ČR, popř. většího regionu, a zpřesňovat závěry pomocí podrobnějších šetření a monitoringu až do úrovně farem a malých povodí. Je to z toho důvodu, že některá dostupná data jsou k dispozici pouze v celostátním měřítku (například údaje za kraje nebo okresy) a není možné je přímo vztahovat ke konkrétním mikropovodím nebo farmám. Po takto provedených analýzách v širokém měřítku lze postupovat k menším oblastem, ve kterých jsou k dispozici zase údaje příslušející pouze konkrétním místům. Na obr. 1 je uvedeno výsledné schéma postupu detailního zjišťování účinnosti akčního programu. Navržený postup předpokládá tři úrovně hodnocení. V celostátním měřítku (zelená barva), v měřítku regionu, popř. povodí 3. řádu (oranžová barva), a nakonec podrobné hodnocení v rámci malých povodí nebo farem (modrá barva). Na základě provedených kroků bude na konci celého procesu zjištěna příčina znečištění vod dusičnany a budou provedena opatření: nejprve optimalizace monitorovacích programů a v případě prokazatelných skutečností pak následné kroky – opatření v rámci plánů oblastí povodí, vyřešení nakládání s odpadními vodami a v případě zemědělského znečištění bude provedena úprava akčního programu (změna způsobu hospodaření v těchto lokalitách).

Monitoring účinnosti akčního programu

Tuto činnost lze rozdělit do dvou hlavních kategorií, které v sobě zahrnují zemědělský monitoring a zjišťování jakosti povrchových a podzemních vod.

Zemědělský monitoring

Sledování účinnosti akčního programu nitrátové směrnice v České republice je zajištěno v rámci monitoringu akčního programu. Na monitoringu se pod koordinací Výzkumného ústavu rostlinné výroby, v. v. i., (VÚRV, v. v. i.) [7] podílí pracovníci Výzkumného ústavu zemědělské techniky, v. v. i., (VÚZT, v. v. i.) a Výzkumného ústavu vodohospodářského T. G. Masaryka, v. v. i. (VÚV TGM, v. v. i.).

Monitoring akčního programu [8] mimo jiné zahrnuje:

  • ověřovací průzkum plnění požadavků akčního programu v zemědělských podnicích ve zranitelných oblastech (cca 30–40 pilotních podniků),
  • hodnocení vývoje obsahu půdního dusíku z hlediska pěstovaných plodin, používané agrotechniky a průběhu povětrnosti,
  • terénní šetření v zemědělských podnicích ve zranitelných oblastech (cca 200 podniků),
  • sledování vlivu hospodaření podle akčního programu na jakost vod v pilotním území zranitelných oblastí,
  • hodnocení vlivu zemědělského hospodaření, půdně-klimatických podmínek a průběhu povětrnosti na jakost vod ve sledovaných měrných profilech a v 360 dílčích povodích ČR,
  • zjišťování toků dusíku ve zranitelných oblastech a modelování pohybu dusíku v půdě a vodě pro předpověď budoucího vývoje jakosti vody,
  • sledování vývoje způsobu hospodaření ve zranitelných oblastech na základě dat Českého statistického úřadu, Evidence půdy podle uživatelských vztahů a Evidence hospodářských zvířat.

 

Obr. 2. Hydrologická povodí 4. řádu ve zranitelných oblastech s koncentracemi dusičnanů nad 50 mg/l a s kontinuálním sledováním zemědělských podniků
Fig. 2. Hydrological catchments of 4th order in vulnerable areas with concentrations of nitrates above 50 mg/l and with permanent monitoring of agriculture producers

Při šetření na farmě jsou zjišťovány tyto údaje:

  1. základní informace o podnicích (identifikace podniku, celková obhospodařovaná půda, půda ve zranitelných oblastech, orná půda, trvalé travní porosty a celková výměra pastvy);
  2. objekty živočišné výroby (stáje, sklady statkových a organických hnojiv, sklady konzervovaných krmiv, sklady sena, sklady slámy);
  3. zimoviště a pastva (souřadnice zimoviště, typ zimoviště, druh, kategorie zvířat na zimoviště, počet zvířat na zimovišti, počet dnů strávených na pastvě, počet hodin, které tráví zvířata ve stáji ve dnech pastvy);
  4. polní složiště hnoje (souřadnice složiště, objem složiště, plocha složiště);
  5. obrat statkových hnojiv (výdej (prodej) statkových hnojiv mimo podnik, objem statkových hnojiv zpracovaných separací, kompostováním, v bioplynové stanici, likvidace statkových hnojiv ve smyslu zákona o odpadech);
  6. rostlinná výroba a hospodaření na půdě (výnosy plodin, hnojení statkovými, organickými a minerálními hnojivy k jednotlivým plodinám, agrotechnická opatření).

Monitoring povrchových a podzemních vod

Pro vyhodnocení obsahu dusičnanů v povrchových vodách jsou využívány výsledky monitoringu pro potřeby nitrátové směrnice (dříve monitoring ZVHS), který v současné době provozují podniky Povodí, s. p. Jedná se o měření jakosti na malých tocích, kde lze předpokládat možný zemědělský zdroj znečištění. Tyto údaje jsou ještě doplňovány výsledky provozního monitoringu podniků Povodí, s. p., a dále údaji z rozborů jakosti povrchové surové vody určené pro lidskou spotřebu, vykazovaných podle vyhlášky č. 428/2001 Sb., o vodovodech a kanalizacích [9]. Údaje o jakosti podzemních vod jsou získávány z monitoringu ČHMÚ, který zahrnuje ve zranitelných oblastech 234 vrtů a 60 pramenů. Tyto údaje jsou doplňovány výsledky měření jakosti podzemní surové vody, které představují, vzhledem k jejich počtu a územnímu rozložení, zásadní zdroj informací o jakosti podzemní vody určené pro pitné účely, na což je kladen velký důraz v nitrátové směrnici. Celkem leží ve zranitelných oblastech téměř tisíc míst určených pro tyto odběry.

Obr. 3. Ohrožená hydrologická povodí 4. řádu ve zranitelných oblastech rozdělená do tří kategorií
Fig. 3. Threatened hydrological catchments of 4th order in vulnerable areas divided into 3 categories

Pro vyhodnocení jakosti vody jsou velmi zásadní informací nejen průměrné a maximální hodnoty, ale především trendy vývoje koncentrací dusičnanů v jednotlivých místech. Proto při posuzování účinnosti akčního programu je pozornost zaměřena tímto směrem. Podkladem pro výběr pilotních povodí byly datové sady, ze kterých se vycházelo pro 3. revize zranitelných oblastí v roce 2015, tedy data do roku 2013 (surová voda) a 2014, nová data o surové vodě podle vyhlášky č. 428/2001 od té doby již nebyla vyhodnocována. Nejprve byla určena povodí 4. řádu, ve kterých se vyskytovaly koncentrace dusičnanů ve vodách nad 50 mg/l, a současně byla provedena analýza polohy zemědělských podniků s kontinuálním sledováním (obr. 2). Vzhledem k tomu, že bylo cílem postihnout aktuální stav jednotlivých povodí, byla tato území rozdělena ještě do dalších tří kategorií z hlediska vyhodnocení trendu vývoje koncentrace dusičnanů a také výskytu maximálních hodnot (obr. 3). V první kategorii tak byla povodí s klesajícím a stabilním trendem, druhou kategorii tvořila povodí s rostoucím trendem, ale s maximy do roku 2010, a nejohroženější třetí kategorie byla s výskytem stoupajících trendů a s maximy v období 2011–2013. Z těchto povodí pak byla vybrána potenciální pilotní povodí, ve kterých bylo plánováno prozkoumat funkčnosti nastavení akčního programu.

Posouzení přírodních a klimatických podmínek

Při konečném rozhodování o výběru pilotních území byly vzaty v úvahu přírodní a klimatické podmínky, které v sobě zahrnovaly:

  • vodní bilanci, jejíž výpočet vycházel z potenciální evapotranspirace a gridové vrstvy průměrných srážkových úhrnů a teplot za období 1981–2010,
  • retenční vodní kapacita půd,
  • základní odtok s využitím mapy odtoku podzemní vody od Krásného a kol. [10],
  • R-faktor – faktor erozní účinnosti deště s využitím databáze erozivních událostí.

Hodnocení v rámci celého území České republiky bylo založeno na výpočtu takzvaného Z-indexu, kde podle jeho hodnoty jsou území rozdělena do jednotlivých kategorií od výborného stavu až po extrémně zranitelná území.

Pilotní území pro monitoring akčního programu

Podle již výše zmíněných kritérií bylo nakonec vybráno deset pilotních území (obr. 4) – hydrologických povodí 4. řádu, která leží ve zranitelných oblastech podle nitrátové směrnice. V každém povodí probíhá alespoň částečný pravidelný monitoring povrchových nebo podzemních vod, který je nyní cíleně doplněn o nová monitorovací místa. Výběr těchto míst byl zaměřen na možné zemědělské znečištění, tedy na to, aby jednotlivé odběry nebyly ovlivněny například komunálním vypouštěním apod. Monitoring s průběžným vyhodnocováním bude probíhat minimálně čtyři roky, vždy v jarním a podzimním období, které je kritické pro vyplavování dusičnanů do povrchových i mělkých podzemních vod. V průběhu výzkumu bude současně kromě monitoringu vod a zemědělského hospodaření posouzen vliv klimatické změny. První výsledky monitoringu akčního programu budou již na konci roku 2018.

Obr. 4. Pilotní území ve zranitelných oblastech
Fig. 4. Pilot areas in vulnerable areas

Výsledky a diskuse

Hlavním cílem zjišťování účinnosti akčního programu je cílený proces pro zajištění zlepšení jakosti povrchových i podzemních vod vhodnou volbou zemědělského hospodaření v konkrétních místech s respektováním specifických přírodních podmínek tak, jak to požaduje evropská i naše legislativa. Ukazuje se, že právě klimatické podmínky, častý výskyt suchých období a změna celoročního cyklu srážek i teplot nabývá stále větší důležitosti. Z této skutečnosti také vyplynul výběr 10 pilotních území, kde v současné době probíhá detailní monitoring vod a zemědělského hospodaření až do podrobnosti jednotlivých půdních bloků. Povodí 4. řádu byla vybrána v různých klimatických regionech a s různými přírodními podmínkami, aby bylo možné získané poznatky v budoucnu využít i pro podobná území. Výsledky budou sloužit již pro revize zranitelných oblastí v roce 2019 a pro přípravu revize akčního programu. Průběžné výsledky budou publikovány na specializovaném webu provozovaném VÚRV, v. v. i. [8].

Poděkování

Příspěvek vznikl na základě dlouhodobé činnosti podporované Ministerstvem životního prostředí a Ministerstvem zemědělství.

Posted by & filed under Hydraulika, hydrologie a hydrogeologie, Ze světa vodního hospodářství.

Souhrn

Příspěvek představuje návrh obsahu plánu pro zvládání sucha a nedostatku vody v ČR. Plán je základní dokument ochrany před následky sucha. Slouží ke koordinaci činností v daném území v období sucha a nedostatku vody. Jedná se o souhrn popisu území z hlediska vodních zdrojů a systému zásobování vodou, organizačních a technických opatření, potřebných k odvrácení nebo zmírnění škod v oblasti základních lidských potřeb a majetku, hospodářské činnosti a životního prostředí souvisejících s nároky na vodu v období sucha.

Úvod

Z usnesení vlády ČR ze dne 29. července 2015 č. 620 k přípravě realizace opatření pro zmírnění negativních dopadů sucha a nedostatku vody vyplynul v souvislosti s přípravou koncepce ochrany před následky sucha pro území České republiky požadavek přípravy návrhu obsahu plánů, jejichž cílem je koordinace činností v období sucha a nedostatku vody.

Následující text představuje výňatek z metodiky pro tvorbu plánu pro zvládání sucha a nedostatku vody v ČR (dále jen plán), jejíž příprava probíhala současně s přípravou hlavy Zvládání sucha a nedostatku vody pro novelu vodního zákona. Plán by měl sloužit pořizovatelům a zhotovitelům při zadání a přípravě plánu především na úrovni kraje, ale také pro obce s rozšířenou působností.

Základní pojmy

Suchem se rozumí hydrologické sucho jako výkyv hydrologického cyklu, který vzniká zejména v důsledku deficitu srážek a projevuje se zmenšením průtoků ve vodních tocích a stavu podzemních vod.

Stavem sucha se rozumí míra nebezpečí sucha vázaná na směrodatné limity, jimiž jsou zejména průtoky ve vodních tocích, hladiny podzemních vod a stav srážek nebo kritické hodnoty jiného jevu uvedené v příslušném plánu pro sucho.

Stavem nedostatku vody se rozumí vyhlášený dočasný stav s možným dopadem na základní lidské potřeby, hospodářskou činnost a životní prostředí, kdy v důsledku sucha požadavky na užívání vod převyšují dostupné zdroje vod, a je nezbytné omezovat hospodaření s vodou a vydávat další opatření. Stav nedostatku vody vyhlašuje komise pro zvládání sucha a nedostatku vody.

Plánem pro zvládání sucha a stavu nedostatku vody (dále jen plán pro sucho) se rozumí dokument, který je podkladem pro postup vodoprávního úřadu při vyhodnocování hrozby vzniku nedostatku vody a pro rozhodování komise pro zvládání sucha a nedostatku vody o opatřeních při stavu nedostatku vody. Jeho hlavním cílem je návrh opatření k zajištění dostatku vody k pokrytí základních společenských potřeb, minimalizaci negativních dopadů sucha na vodní útvary a minimalizaci dopadů sucha a nedostatku vody na hospodářskou činnost.

Komise pro zvládání sucha a nedostatku vody (dále jen komise pro sucho) je orgánem s rozhodovací pravomocí pro vydávání opatření podle plánu pro sucho při stavu nedostatku vody.

Orgány pro zvládání sucha a nedostatku vody

Zvládání sucha a nedostatku vody řídí orgány pro zvládání sucha a nedostatku vody ve spolupráci s dalšími zúčastněnými. Řízení zahrnuje přípravu na sucho a nedostatek vody, organizaci a kontrolu všech příslušných činností v průběhu sucha a nedostatku vody a v období bezprostředně následujícím, včetně organizace a kontroly činnosti ostatních účastníků ochrany před suchem a nedostatkem vody. Orgány pro zvládání sucha a nedostatku vody se při své činnosti řídí plány pro sucho.

V období mimo činnost komise pro sucho jsou těmito orgány vodoprávní úřady:

  1. obecní úřady obcí s rozšířenou působností,
  2. krajské úřady,
  3. příslušná ministerstva jako ústřední vodoprávní úřad.

Po dobu od svolání komise do ukončení její činnosti jsou těmito orgány:

  1. komise pro sucho na úrovni ORP (v případech, kdy ORP pořizuje plán pro sucho),
  2. komise pro sucho na úrovni krajů,
  3. ústřední komise pro sucho.

Hejtman kraje zřizuje jako zvláštní orgán kraje komisi pro sucho pro příslušný kraj a je jejím předsedou. Další členy této komise hejtman kraje jmenuje ze zaměstnanců krajského úřadu, příslušných správců povodí, Českého hydrometeorologického ústavu, Policie České republiky, Hasičského záchranného sboru České republiky a zástupců krajské hygienické stanice. K jednání komise pro sucho může hejtman kraje přizvat zejména uživatele vody významné pro dané území a zástupce obcí s rozšířenou působností. Přizvané osoby nejsou členy komise pro sucho.

Komise pro sucho vyhlašuje stav nedostatku vody. Při stavu nedostatku vody vydává opatření pro zvládání sucha a nedostatku vody ve své územní působnosti, a to zejména podle ustanovení § Xm vodního zákona. Opatření komise pro sucho vydává podle plánů pro sucho, v odůvodněných případech i nad rámec těchto plánů.

Tato opatření komise pro sucho vydává podle povahy věci formou rozhodnutí či opatření obecné povahy. V případě potřeby komise pro sucho může vyžadovat výpomoc od správních orgánů, právnických i fyzických osob.

Komise pro sucho nižšího stupně je podřízena komisi pro sucho vyššího stupně a neprodleně ji informuje o svém svolání a opatřeních vydaných podle § Xm vodního zákona. Komise pro sucho ORP musí dbát souladu s opatřeními komise pro sucho kraje. Komise pro sucho kraje musí dbát souladu s opatřeními ústřední komise pro sucho.

K jednání komise (bez hlasovacího práva) mohou být přizváni zástupci zejména:

  • uživatelů vody významných pro dané území,
  • správců vodních toků,
  • vlastníků vodních děl,
  • případně dalších subjektů podle místních podmínek.

Opatření pro zvládání sucha a nedostatku vody

Opatření pro zvládání sucha a nedostatku vody zahrnují přípravu a provádění operativních opatření s účinností po omezenou dobu trvání nedostatku vody a dobu bezprostředně následující. Tato opatření nezahrnují koncepční opatření, investiční výstavbu, údržbu, opravy a modernizace zdrojů vody a dalších zařízení pro její distribuci. Opatření pro zvládání sucha a nedostatku vody lze rozdělit na opatření přípravná, realizovaná v období mimo sucho nebo při hrozícím nedostatku vody a na opatření realizovaná v průběhu sucha a nedostatku vody.

Přípravná opatření:

  1. pořízení a aktualizace plánu,
  2. organizační a technická příprava,
  3. monitorování a předpověď vývoje situace včetně stavu zdrojů vody,
  4. vyhledání a příprava využití dodatečných záložních zdrojů vody,
  5. operativní příprava záložních (mobilních) úpraven vody – prověření jejich funkčnosti,
  6. výstražné informace o stavu sucha (vydává ČHMÚ),
  7. zahájení informační kampaně,
  8. evidenční a dokumentační práce,
  9. návrh na úpravu manipulačních řádů vodních děl a VH soustav s ohledem na potřeby zvládání nedostatku vody.

Opatření v průběhu sucha a nedostatku vody:

  1. informační kampaň,
  2. manipulace podle MŘ VD nebo VH soustav, které odpovídají situaci hydrologického sucha, např. převedení části odběrů na jiné zdroje (nádrže, jímací území, propojené soustavy), omezení odběrů vody, využití záložních zdrojů,
  3. manipulace nad rámec MŘ VD nebo VH soustav v odůvodněných případech (§ 59 odst. 4 a § Xm vodního zákona),
  4. kontrola dodržování vydaných rozhodnutí k nakládání s vodami,
  5. omezení obecného nakládání s vodami (§ 6 odst. 4 a § Xm vodního zákona),
  6. dočasné omezení užívání pitné vody z vodovodu pro veřejnou potřebu (zákaz zalévání zahrádek, napouštění bazénů, mytí vozidel apod.) (§ 15 odst. 4 až 6 zákona o vodovodech a kanalizacích a § Xm vodního zákona),
  7. přerušení nebo omezení dodávek vody bez předchozího upozornění v případě stavu nedostatku vody (§ 9 odst. 5 zákona o vodovodech a kanalizacích),
  8. požadavek využití technologií omezujících spotřebu vody u odběratelů,
  9. požadavek využití záložních zdrojů vody,
  10. úprava, omezení až zákaz odběrů s platným vodoprávním rozhodnutím (§ 109 odst. 1 a § Xm vodního zákona),
  11. dočasná úprava minimálních zůstatkových průtoků a minimálních hladin podzemní vody (§ Xm vodního zákona),
  12. dočasná úprava limitů pro vypouštění odpadních vod (§ 109 odst. 1 a § Xm vodního zákona),
  13. zabezpečení náhradního zásobování pitnou vodou (§ 9 odst. 8 zákona o vodovodech a kanalizacích),
  14. nařízení vlastníkovi technického zařízení, které slouží pro odběr ze záložního zdroje vody, jeho zprovoznění tak, aby bylo možné tento záložní zdroj vody využít,
  15. nařízení vlastníkovi potřebného vodohospodářského zařízení jeho zprovoznění a poskytnutí k řešení nedostatku vody,
  16. nařízení mimořádné sledování množství a jakosti vod (§ Xm vodního zákona),
  17. kontrola opatření vydaných komisí.

Pokud komise pro sucho vydává opatření ve stejné věci, jako již bylo rozhodnuto vodoprávním úřadem při zvládání sucha, po dobu stavu nedostatku vody platí rozhodnutí komise pro sucho. Komise pro sucho vydává při stavu nedostatku vody opatření podle § Xm vodního zákona a § 9 odst. 5 a 8 zákona o vodovodech a kanalizacích. Vodoprávní úřad vydává při stavu sucha opatření podle § 6 odst. 4, § 15 odst. 4 až 6, § 59 odst. 4 a § 109 odst. 1 vodního zákona.

Hodnocení sucha

Předpovědní služba pro sucho informuje orgány pro sucho o nebezpečí vzniku sucha a o jeho dalším vývoji. Tuto službu zabezpečuje Český hydrometeorologický ústav ve spolupráci se správci povodí, přičemž hodnotí velikost, intenzitu a délky trvání sucha z hlediska vodních zdrojů. Vodními zdroji se rozumí povrchové a podzemní vody podle ustanovení vodního zákona. Sucho je klasifikováno jako mírné (kategorie 1), silné (kategorie 2) nebo mimořádné (kategorie 3). Výsledky hodnocení zveřejňuje Český hydrometeorologický ústav ve spolupráci s podniky Povodí na internetových stránkách. Hodnocení probíhá v týdenním kroku. Hodnocení sucha ČHMÚ je dostupné na http://portal.chmi.cz/aktualni-situace/sucho.

V případě výskytu silného nebo mimořádného sucha na území kraje nebo ORP vydá Český hydrometeorologický ústav výstražnou informaci o stavu sucha v povrchových nebo podzemních vodách a zveřejní ji v systému výstražné služby. Výstražná informace slouží jako upozornění před pravděpodobným vznikem nedostatku vody.

Po vydání výstražné informace o stavu sucha nebo po zvážení rizika vzniku nedostatku vody je třeba zajistit informace o výsledcích monitoringu množství a jakosti vodních zdrojů, zahájit informační kampaň orientovanou směrem k veřejnosti, informovat uživatele vody významné pro dané území, aktualizovat informace o odběrech vody uživatelů významných pro dané území a o dalším výhledu odběrů, začít s přípravou technických a organizačních opatření.

Hodnocení nedostatku vody

Po vydání výstražné informace o stavu sucha vodoprávní úřad v souladu s plánem pro sucho a ve spolupráci se správci povodí a ČHMÚ vyhodnotí, zda hrozí vznik nedostatku vody. Stejně vodoprávní úřad postupuje v případě překročení v plánu uvedených místních směrodatných limitů. V případě hrozícího nedostatku vody navrhne předsedovi komise pro sucho její svolání. Komise vyhodnotí, zda vznikl nedostatek vody a v takovém případě vyhlásí stav nedostatku vody. Informaci o vyhlášení stavu nedostatku vody uveřejní způsobem v místě obvyklým. Po vyhlášení stavu nedostatku vody komise vydává opatření pro zvládání sucha a nedostatku vody uvedená v plánu, příp. další opatření nad rámec plánu. V případě pominutí podmínek stavu nedostatku vody komise tento stav odvolá.

Místními směrodatnými limity se rozumí kritéria schopnosti systému plnit požadavky na vodu podle bilance reálného stavu vodních zdrojů v území a odběrů vody. Místní směrodatné limity identifikuje vodoprávní úřad ve spolupráci se zástupci členů komise pro sucho v rámci pořizování nebo aktualizace plánu pro sucho.

Takovým limitem v rámci jednoduchého systému zásobování může být např. stav konkrétního vodního zdroje (velikost průtoku vodního toku, stav hladiny podzemní vody, disponibilní objem vody ve VN), na druhé straně v rámci komplexního systému zásobování schopnost VH soustavy plnit požadavky na vodu především preferovaných uživatelů (uvedených v plánu pro sucho) podle významu způsobu užití vody po dobu stanovenou plánem pro sucho.

Tyto způsoby užití vody se stanoví postupně od nejvýznamnějšího k méně významným takto:

  1. zajištění kritické infrastruktury podle předpisů upravujících krizové řízení a dalších provozů poskytujících nezbytné služby,
  2. zásobování obyvatelstva pitnou vodou,
  3. živočišná zemědělská výroba,
  4. hospodářské využití a ekologická funkce vody,
  5. ostatní využití.

V odůvodněných případech se lze s ohledem na zvláštní místní podmínky od ustanovení výše uvedeného odstavce písmena c) až e) odchýlit.

Místní směrodatné limity mohou být odvozeny např. ze situace, kdy sucho má již reálné dopady ve formě hrozícího nedostatku vody pro plnění nároků na odběry (disponibilní zásoba vody ve zdrojích při stávající úrovni spotřeby vystačí již pouze na 5 až 6 měsíců) nebo v důsledku sucha hrozí nedodržení minimálních zůstatkových průtoků, minimálních hladin podzemní vody, nedodržení limitů jakosti surové vody pro úpravu na vodu pitnou nebo nedodržení hodnot pro ukazatele přípustného znečištění povrchových vod. V takové situaci jsou podle plánu pro sucho zaváděna např. opatření za účelem omezení spotřeby (technologická opatření na straně průmyslových uživatelů) a přerozdělování zásob vody, je omezováno obecné nakládání s vodami, případně povolená nakládání s vodami méně významných uživatelů podle hierarchie dané plánem podle významu způsobu užití vody za účelem zajištění množství a/nebo jakosti vody.

Při prohlubování nedostatku vody dochází k nebezpečí vzniku škod většího rozsahu nebo k ohrožení životů a zdraví osob v důsledku nedostatku vody pro zásobování obyvatel pitnou vodou, k ohrožení provozu kritické infrastruktury, provozu významných podniků a strategických energetických zdrojů. Podle plánu jsou vydávána opatření za účelem omezení spotřeby vody a přerozdělování zásob vody, dochází k omezování povolených nakládání s vodami významnějších uživatelů v rámci hierarchie podle významu způsobu užití vody za účelem zajištění množství a/nebo jakosti vody, mohou být omezovány dodávky pitné vody, může být umožněno dočasné snížení minimálních zůstatkových průtoků, minimálních hladin podzemní vody nebo dočasná změna limitů pro vypouštění odpadních vod.

Krizová situace dlouhodobé sucho

V případě, že komise pro sucho vyčerpá opatření uvedená v plánu (odůvodněných případech i nad rámec plánu) k odvrácení dalšího prohloubení stavu nedostatku vody, zejména v situaci kdy:

  • nedostatek vody ohrožuje fungování prvků kritické infrastruktury, výrobu elektřiny a tepla a provoz významných průmyslových provozů,
  • zásoby vody pro obyvatelstvo jsou pouze na dobu 1–2 měsíců a nelze je dále zabezpečit dostupnými prostředky,
  • nouzové zásobování pitnou vodou nelze zajistit s využitím zdrojů disponibilních v rámci území kraje,
  • jsou plně nasazeny všechny disponibilní síly a prostředky, a přesto se nedaří průběh situace zvrátit,
  • následkem špatné hygienické situace hrozí epidemie,
  • řešení situace vyžaduje další hmotné nebo finanční prostředky, které již na úrovni kraje nelze zajistit,
  • jsou vyčerpány hmotné nebo finanční prostředky pro zvládání mimořádné události,
  • a zároveň je předpověď vývoje hydrologické situace v následujících týdnech i nadále nepříznivá,

může hejtman kraje při splnění podmínek zákona č. 240/2000 Sb., o krizovém řízení a o změně některých zákonů (krizový zákon) vyhlásit krizový stav. V případě, kdy je v době stavu nedostatku vody vyhlášen stav nebezpečí nebo nouzový stav, se komise pro sucho stávají součástí krizového štábu kraje a Ústřední komise pro sucho součástí Ústředního krizového štábu. Komise pro sucho vykonávají i nadále činnosti podle vodního zákona (tzn. i v průběhu vyhlášeného krizového stavu je možné komisí pro sucho například nařídit mimořádnou manipulaci na vodním díle podle § Xm odst. 1 písm. d).

Obsah plánu

Plán pro sucho jako základní dokument zvládání sucha a nedostatku vody slouží ke koordinaci činností v daném území při nebezpečí vzniku nedostatku vody, v jeho průběhu a po jeho odeznění. Plán obsahuje souhrn organizačních a technických opatření, potřebných k odvrácení nebo zmírnění škod na majetku občanů a společnosti a na životním prostředí. Plán řeší ochranu určitého území, konkrétně území kraje, území České republiky, popř. správní obvod ORP.

Plán pro sucho kraje pořizuje a průběžně aktualizuje pro své území krajský úřad v přenesené působnosti, a to ve spolupráci s příslušnými správci povodí a ČHMÚ. Návrh plánu pro sucho a jeho aktualizace krajský úřad projedná s obecními úřady ORP ve správním obvodu, Policií ČR, HZS ČR, zástupci krajské hygienické stanice, uživateli vody významnými pro území příslušného kraje, resortem A a resortem B. Plán pro sucho pro území kraje musí být v souladu s plánem pro sucho ostatních krajů. Aktuálně platný plán zveřejní na portálu veřejné správy. Zveřejněním se plán pro sucho stává platným.

Plán pro sucho může pořídit pro svůj správní obvod obecní úřad ORP, ve spolupráci s příslušnými správci povodí a ČHMÚ. V případě pořízení jej průběžně aktualizuje. Projedná jej s obcemi, HZS ČR a uživateli vody významnými pro dané území ve správním obvodu této ORP. Plán pro správní obvod ORP musí být v souladu s krajským plánem. Soulad potvrzuje krajský úřad. Aktuálně platný plán zveřejní na portálu veřejné správy.

Plán by měl obsahovat následující části: titulní list, úvodní část, základní část, operativní část, grafickou část a přílohy.

Aktualizace úvodní části se provádí při výrazných změnách s komentářem změn. Aktualizace základní, operativní a grafické části se provádí jednou ročně ověřením platnosti všech údajů plánu, zejména s ohledem na personální obsazení a telefonní spojení.

Titulní list

Titulní list by měl obsahovat název plánu, orgány pro zvládání sucha a jejich sídlo, zpracovatele plánu, datum zpracování, záznamy (nebo odkaz do textu) o aktualizaci potvrzení souladu (u plánů pro sucho ORP).

Úvodní část

Úvodní část by měla obsahovat:

  • pravidla pro aktualizace,
  • použité symboly a zkratky,
  • seznam použitých podkladů,
  • seznam relevantních technických norem,
  • použité termíny a definice, vysvětlení pojmů (sucho – co a jak ČHMÚ vyhodnocuje, kategorie sucha – stručně, podrobnosti formou odkazu na ČHMÚ, nedostatek vody, opatření, citace právních předpisů apod.),
  • orgány pro zvládání sucha a nedostatku vody (citace právních předpisů apod.).

Základní část

Základní část obsahuje údaje potřebné pro zvládání sucha v daném území, charakteristiku území, popis vodních zdrojů včetně záložních a jejich případné zastupitelnosti, popis úpravy, dopravy, převodů vody a zásobování vodou, seznam a popis technických zařízení využitelných k řešení stavu nedostatku vody, seznam uživatelů vody významných pro dané území, seznam povolených nakládání s vodami významněji ovlivňujících množství a jakost vod, popis rizik sucha a místní směrodatné limity a kritéria pro vyhlášení stavu nedostatku vody. To znamená především:

Popis řešeného území za běžného stavu:

  • popisné údaje a charakteristiky území – vymezení území, charakteristiky geografické, hydrologické, hydrogeologické, socioekonomické;
  • popis zdrojové části zásobování – zdroje povrchových a podzemních vod včetně rezervních (jejich lokalizace, vydatnost, limity využití), systém vodohospodářských soustav, jejich klíčové prvky, odkazy na manipulační řády vodohospodářských soustav a vodních děl;
  • seznam významných odběratelů podle druhu vody (povrchová, podzemní) a užití vody (pitná, energetika, průmysl, zemědělství, rybářství, ostatní nakládání – využití klasifikace podle OKEČ), nároky odběratelů na vodu podle vodoprávních povolení, běžných nároků, nároků v období sucha, limitních nároků na množství a jakost vody umožňujících zachování funkcí odběratele);
  • rezervní zdroje vody;
  • popis způsobu úpravy a dopravy vody a jeho případná propojenost a zastupitelnost;
  • popis jakosti vody v tocích, seznam hlavních znečišťovatelů, jejich lokalizace a druh znečištění, vymezení za sucha citlivých úseků vodních toků;
  • vyhodnocení proběhlých epizod sucha – jejich příčiny, projevy, postižené území, délka sucha, roční období, dopady na množství povrchové a podzemní vody, dopady na jakost vody, popis přijatých opatření proti nedostatku vody a jejich účinnost;
  • popis pravděpodobných rizik nedostatku vody v území – příčiny, postižení uživatelé vody druhu a užití vody, délka nedostatku vody, roční období, dopad na povrchové a podzemní vody, dopad na jakost vod, možné dopady nedostatku vody na životy a zdraví osob, na funkci kritické infrastruktury, ekonomické dopady, dopady na životní prostředí, na citlivé úseky toků pod zdroji znečištění, mezinárodní dopady.

Popis řešeného území v období sucha a nedostatku vody:

  • popis rozhodujících veličin (množství a jakost povrchové a podzemní vody), jejich monitoringu, zodpovědnost za monitoring (kdo provádí, jakým způsobem předává informace, odkazy na zdroje aktuálních informací);
  • kritéria a místní směrodatné limity pro stanovení nedostatku vody;
  • minimální zůstatkové průtoky a minimální hladiny podzemní vody;
  • postupy a prostředky (technická zařízení) pro snížení následků sucha a nedostatku vody – druh, způsob použití, místo uložení, majitel či správce.

Operativní část

Operativní část obsahuje seznam subjektů podílejících se na zvládání sucha a stavu nedostatku vody, popis činností, které vykonávají, popis přenosu informací, priority zásobování a popis opatření při vyhlášeném stavu nedostatku vody. To znamená zejména:

  • seznam účastníků zvládání sucha a nedostatku vody a jejich kontaktní údaje: seznam členů komise pro sucho, seznam zástupců uživatelů vody významných pro dané území, správců vodních toků, vlastníků vodních děl, případně dalších subjektů podle místních podmínek;
  • příslušné související (geograficky, technicky z hlediska zásobování vodou související) orgány pro zvládání sucha a nedostatku vody;
  • popis přenosu informací: výstražných informací ČHMÚ, informačních zpráv VHD podniků Povodí, zpráv provozovatelů vodovodů a kanalizací pro veřejnou potřebu;
  • obecné principy pro činnost v období sucha a nedostatku vody (včetně uvedení zodpovědné organizace, popř. osoby):
    • zjištění provozního stavu zdrojových a přepravních systémů (existující poruchy, opravy, omezení),
    • zjištění rozsahu deficitu a dopadů na obyvatele, zdravotnictví, sociální služby, bezpečnost, hospodářství, životní prostředí, …),
    • zajištění kontroly situace přímo v terénu,
    • četnější kontrola odběrů vody – kontrola plnění povinností daných povoleními k nakládání s vodami a plnění uložených opatření ke zvládání nedostatku vody,
    • prognózy vývoje,
    • priority zásobování,
    • vydávání opatření – opatření je vhodné sestavit do skupin, které jsou realizovány podle míry aktuálního deficitu vodních zdrojů (viz místní směrodatné limity), případně i se zohledněním stavu sucha pro dané území,
    • kontrolu realizace opatření,
    • modifikace opatření na základě dalšího vývoje situace,
  • popis konkrétních opatření (odvozených např. na základě zkušeností s problémy vzniklými v souvislosti s dříve proběhlými epizodami sucha);
  • kompetence účastníků ochrany před nedostatkem vody;
    • krajský úřad a ORP: zřízení a zajištění činnosti komise pro sucho; předávání informací; kontrola opatření (ve spolupráci s ORP; omezení odběrů apod.) týkajících se vodních toků a vodních děl (obecné nakládání s povrchovými vodami); kontrola nakládání s vodami (ve spolupráci se správci povodí a správci vodních toků); dohled nad znečišťovateli vod (ve spolupráci s ČIŽP); kontrola opatření (ve spolupráci s ORP),
    • ČHMÚ: monitoring aktuálního stavu meteorologických a hydrologických veličin; vyhodnocování stavu sucha; prognóza dalšího vývoje hydrometeorologické situace,
    • správci povodí: stav zásob vody v nádržích, ke kterým mají právo hospodařit, a prognóza jejich vývoje; sledování jakosti vod ve vodních tocích a nádržích; realizace opatření týkajících se manipulací na vodních dílech a VH soustavách (ke kterým mají správci povodí právo hospodařit),
    • vlastníci vodovodů pro veřejnou potřebu: monitoring stavu zdrojů podzemních vod a velikosti odběrů (v případě jimi prováděných odběrů), hodnocení jeho vývoje a předávání informací komisi pro sucho; návrh a realizace opatření v sítích; omezování zásobování pitnou vodou; zabezpečení náhradního zásobování pitnou vodou,
    • správci vodních toků: realizace opatření; spolupráce se správcem povodí,
    • vlastníci vodních děl: manipulace na VD; poskytování informací o VD komisi pro sucho,
    • Hasičský záchranný sbor: nouzové zásobování (náhradní úprava vody…),
    • krajská hygienická stanice: hygienický dohled nad kvalitou vody; prevence epidemií v souvislosti se suchem,
  • návaznost na krizové řízení – popis konkrétní situace a kritérií, kdy by došlo k přechodu na krizové řízení.

Grafická část

Grafická část obsahuje zejména mapy nebo plány, na kterých jsou zakreslena zejména území ohrožená suchem, vodohospodářské a vodárenské soustavy, zdroje a úpravny vody a uživatelé vody významní pro dané území:

  • mapa území, sídla komisí pro sucho,
  • mapa monitorovací sítě povrchových a podzemních vod,
  • mapa zdrojů a úpraven vody (včetně rezervních),
  • schéma VH soustav,
  • schéma vodárenských soustav,
  • mapa významných odběrů vody,
  • výsledky monitoringu jakosti vody ve zdrojích,
  • mapa minimálních zůstatkových průtoků a minimálních hladin podzemní vody, kdo je může ovlivňovat,
  • mapa hlavních zdrojů znečištění vody,
  • mapa závlahových systémů,
  • mapa zvláště chráněných území.

Přílohy

Přílohou plánu jsou např.:

  • statut orgánu pro zvládání sucha a nedostatku vody (úvodní ustanovení, činnost orgánu pro zvládání sucha a nedostatku vody, jednací řád, spolupráce komise pro sucho s ostatními správními orgány, fyzickými a právnickými osobami, zabezpečení činnosti komise, závěrečné ustanovení);
  • evidenční a dokumentační práce – vyhodnocení jednotlivých epizod sucha (i dříve proběhlých, před zavedením komisí pro sucho):
    • příčiny, projevy, postižené území, velikost a trvání sucha, roční období,
    • dopady sucha na množství povrchové a podzemní vody,
    • vzniklé škody,
    • přijatá opatření a jejich účinnost,
    • příčiny negativně ovlivňující zvládání nedostatku vody,
    • návrhy na úpravu vydávaných opatření,
  • odkazy na plány nižších a vyšších úrovní, popř. na havarijní/provozní plány významných uživatelů vody;
  • odkazy na související havarijní a krizové plány;
  • odkazy na plány dílčích povodí;
  • odkazy na plány rozvoje vodovodů a kanalizací.

Poděkování

Autor děkuje Ing. Petru Březinovi za spolupráci při přípravě struktury návrhu obsahu plánu a dále členům meziresortní skupiny pro přípravu novely vodního zákona za podnětné připomínky.

Posted by & filed under Hydraulika, hydrologie a hydrogeologie, Ze světa vodního hospodářství.

Úvod

V rámci projektu Sucho byl na území České republiky zahájen komplexní monitoring vodních toků a pozemků v jejich povodích za účelem vyhodnocení vlivu realizací revitalizačních akcí, které mají chránit před dopady sucha. Pro potřeby hodnocení vlivu revitalizačních opatření je nezbytné, aby byly předmětné plochy a lokality komplexně monitorovány ještě před zahájením realizace jednotlivých opatření z důvodu postihnutí počátečního stavu přírodního systému a monitoring by měl pokračovat několik let po realizování navržených opatření. Monitoring vodních toků a ploch povodí začal na lokalitách, kde jsou naplánovány realizace přírodě blízkých opatření v časovém horizontu 1 až 3 roky, tedy v letech 2018–2020. Jedná se o monitorovací techniky zaručující poznání hydrologických a hydroekologických vlastností vodních toků včetně kvality vod a půdních vlastností dotčených lokalit.

Pilotní lokality

Výběr pilotních lokalit byl prováděn v úzké spolupráci se zaměstnanci státních podniků Povodí – konkrétně s. p. Povodí Ohře, Povodí Labe, Povodí Vltavy a Povodí Moravy. V jednom případě bylo komunikováno se zaměstnanci státního podniku Lesy ČR. Výběr lokalit byl konzultován z hledisek vhodnosti: stabilizovaný profil, žádné úpravy v místě v následujícím období, nenarušení trajektorie vodního toku, příjezdová cesta co nejblíže, potřeba či využití dat správci vodních toků. Informace o plánovaných revitalizačních akcích byly získány zejména od zástupců podniků povodí, případně od jednotlivých obcí, kterých se revitalizace týkají. Dále byla navázána spolupráce se zemědělskými podniky Lupofyt Chrášťany, a. s., a ZD Bulhary. Zde byl naplánován detailní monitoring zemědělských půd z hlediska hydrologie, kvality, eroze, meteorologie. Tyto lokality budou dlouhodobě monitorovány a se zástupci firem budou diskutována možná opatření v ploše povodí, která by pomohla zlepšit podmínky pro hospodaření. Lokality vybrané pro jednotlivé druhy monitoringu jsou znázorněny na obr. 1. Vybrané profily se nachází zejména ve dvou nejohroženějších lokalitách z hlediska sucha, a sice na jižní Moravě a na západ od Prahy (Rakovnicko a okolí).

 

Obr. 1. Mapa lokalit

Monitoring hydrologického režimu povodí

Hydrologický režim vodních toků je v posledních letech měněn postupem klimatických změn, a to zejména zvyšující se teplotou vzduchu, zvyšující se potenciální evapotranspirací, změnami v plošném rozložení srážek, sníženou zásobou vody ve sněhu a dalšími. Z toho plynou negativní projevy na vodních tocích jako snížení povrchového odtoku, zvyšování teplot vody a v krajních případech (v posledních letech ne příliš výjimečných) vysychání. Těmto negativním projevům v hydrologickém režimu vodních toků se snaží zamezit, nebo je snížit, realizace různých přírodě blízkých opatření jak přímo na vodních tocích, tak v ploše povodí.

Obr. 2. Aplikace pro prohlížení aktuálních změřených dat v porovnání s dlouhodobými průměry

V rámci projektu byl zaveden monitoring hydrologického režimu vybraných vodních toků, kde budou v nejbližších letech realizovány přírodě blízká opatření, aby bylo možné úspěšnost těchto realizací zhodnotit.

Byly vybrány lokality:

  1. ve kterých se v nejbližších měsících plánují realizace přírodě blízkých opatření:
    • Svitavka (Kunratice u Cvikova),
    • Merboltický potok (Merboltice),
    • Kojetický potok (Kojetice u Prahy),
    • Baštýnský potok (Novosedly),
    • Teplice (Kuželov),
    • Dlouhá řeka (Nedakonice),
  2. na zemědělských pozemcích, kde byla navázána spolupráce se zemědělci a které budou zkoumány detailněji (hydrologický režim, kvalita, eroze, klima):
    • Bezejmenný přítok Rakovnického potoka – Oráčov (Lupofyt, s. r. o.),
    • Bezejmenný vodní tok – Lišany (Lupofyt, s. r. o.),
  3. které se dlouhodobě potýkají s projevy sucha:
    • Podhora (Kryry),
    • Novoveský potok (přítok Račinky v Žárové) (obr. 3).

Pro zhodnocení hydrologického stavu lokality jsou zapotřebí průtoková data z vodního toku, udávající celkový odtok z vybraného povodí změřený v uzávěrovém profilu. Pro sestavení hydrologického modelu jsou dále potřeba údaje o srážkách na povodí a průměrných denních teplotách. Po zkalibrování hydrologického modelu je možné modelovat další členy hydrologické bilance jako: potenciální evapotranspiraci, územní výpar, infiltraci do půdy a dotaci podzemní vody z půdy. Dále je simulováno množství vody obsažené ve sněhové pokrývce, v půdě a v zásobě podzemní vody.

 

Obr. 3. Vodoměrná stanice s pozorováním srážek a teploty vzduchu, lokalita Novoveský potok (přítok Račinky v Žárové)

Po realizaci přírodě blízkých opatření na vodních tocích, případně v ploše povodí by příznivým dopadem na hydrologický systém mohlo být např. zpomalení povrchového odtoku během srážkových epizod, vyšší podíl vody infiltrované do půdy, zvýšení dotace podzemních vod, což úzce souvisí jak s bojem proti suchu, tak s ochranou proti povodním.

V rámci projektu bylo zřízeno deset vodoměrných a osm srážkoměrných stanic spolu s pozorováním teploty vzduchu. Jedná se o oblasti ČR: Rakovnicko, severní Čechy, Polabí, Jižní Morava a Jeseníky. Všechny stanice mají GSM přenos měřených veličin. Přístup k aktuálním změřeným datům (obsahuje i dlouhodobé průměry pro porovnání) je možný přes záložku Aplikace na webu www.suchovkrajine.cz. Na obr. 2 je printscreen uživatelského prostředí aplikace. V levém horním rohu je mapa s lokalizací stanice, pod ní výběr měřených veličin. Na pravé straně dlouhodobé údaje a aktuální hodnoty, je možné zobrazit i kumulativní hodnoty.

Monitoring vodních toků je dlouhodobou záležitostí, pro účely vyhodnocení je potřeba minimálně 3–5letá řada pozorování. Na vodoměrných stanicích je zapotřebí do budoucna minimálně 4× ročně hydrometrovat a provádět nutnou běžnou údržbu stanic (dobíjení baterie, čištění srážkoměrů, …) i vodních toků v okolí stanic. Po roce měření je možné udělat první zhodnocení hydrologických poměrů v pozorovaných povodích. Z roční délky dat je již možné, podle podrobnosti konsumpčních křivek, vyčíslit průtoky na daných lokalitách a získat hrubý odhad základních členů hydrologické bilance. Nicméně pro detailní vypovídající popis hydrologické bilance je zapotřebí několikaletý monitoring z důvodu značné časové variability jednotlivých členů hydrologické bilance. Nelze tedy z jednoletého měření určit např. dlouhodobé průměry, m-denní průtoky apod.

Důležité je poznání hydrologických vlastností jednotlivých povodí před realizací přírodě blízkých opatření a následně poznání hydrologických vlastností po realizaci opatření. Budou hledány a hodnoceny změny v jednotlivých měřených veličinách a celkovém chování vodních toků a krajiny.

Monitoring dopadu realizace opatření na kvalitu a stav vod a vodní organismy

Řešení vychází z předpokladu, že realizace nápravných opatření na tocích a/nebo v ploše povodí vede ke zlepšení stavu vodních ekosystémů zejména v období sucha.

V rámci řešení byl proveden výběr pilotních území, kde jsou plánovány realizace opatření a kde je ve skutečnosti možné monitoring stavu vod provést, zejména s ohledem na dostatečnou vodnost dotčených toků. Typy opatření, které byly vybrány ke sledování, jsou uvedeny ve schválené Koncepci na ochranu před následky sucha pro území České republiky jako opatření vhodná pro eliminaci negativních vlivů sucha na vodní ekosystémy.

Byly vybrány lokality:

  1. opatření na vodních tocích:
    • revitalizace řeky Morávky u Nedakonic,
    • revitalizace Baštýnského potoka u Novosedel,
    • revitalizace Trkmanky u Velkých Pavlovic,
    • revitalizace Kyjovky u Moravské Nové Vsi,
    • revitalizace potoka Teplice pod Kuželovem,
    • revitalizace potoka Svitavka u Kunratic u Cvikova,
    • revitalizace Merboltického potoka pod obcí Rychnov,
    • revitalizace Kojetického potoka v intravilánu obce Kojetice,
    • realizovaná revitalizace Starovického potoka u Starovic,
  2. opatření v ploše povodí:
    • bezejmenný přítok Rakovnického potoka – Oráčov (Lupofyt, s. r. o.).

V návaznosti na výběr lokalit byl zpracován plán monitoringu včetně seznamu parametrů fyzikálně-chemických, chemických a biologických ukazatelů povrchových vod a byl naplánován průzkum hydromorfologie vodních toků pilotních lokalit.

Výběr fyzikálně-chemických a chemických ukazatelů pro hodnocení kvality povrchových vod ve sledovaném území vzešel z rešeršních prací úkolu Činnosti k podpoře výkonu státní správy v problematice SUCHO v roce 2016. Zahrnuje tyto parametry: teplota vody, rozpuštěný kyslík, biochemická spotřeba kyslíku, pH, KNK4,5, konduktivita, dusičnanový dusík, amoniakální dusík, celkový fosfor, fosforečnany, nerozpuštěné látky (NL105 a NL550), sírany, chloridy a chlorofyl-a na vybraných profilech s výskytem fytoplanktonu. Četnost sledování ukazatelů byla stanovena v intervalu jednou za dva měsíce tak, aby datový soubor obsahoval minimálně šest hodnot a bylo jej možné vyhodnotit podle platných legislativních a metodických předpisů. V říjnu 2017 byl zahájen roční monitoring pilotních území, realizováno je období říjen 2017–srpen 2018.

Opatření, která jsou doporučena pro eliminaci následků sucha, často souvisí s morfologií toku a jeho bezprostředním okolím. Biologické složky, které se používají pro hodnocení ekologického stavu, ovlivňují opatření, která mění hydromorfologii toku a výskyt jednotlivých habitatů. Vhodné a nejčastěji užívané indikátory změn hydromorfologie jsou ryby a makrozoobentos. Fytobentos je citlivý na změny proudění a substrátu, lépe však indikuje trofii. Výběr sledovaných biologických složek tak vycházel z národních metodik hodnocení ekologického stavu, ale současně i zohledňuje zranitelnost skupin vodních organismů, jak bylo zjištěno během rešeršních prací na úkolu Činnosti k podpoře výkonu státní správy v problematice SUCHO v roce 2016 – úkol Zhodnocení dopadů sucha v útvarech povrchových vod na vodní a vodu vázané organismy. Zvolené biologické složky pro sledování jsou fytobentos a makrozoobentos, ryby by měly být sledovány pouze pro vybrané typy opatření – revitalizace říčních biotopů.

Pro posouzení hydromorfologických změn s ohledem na plánované realizace přírodě blízkých opatření bylo třeba zmapovat původní stav. Hydromorfologické mapování se provádělo podle tzv. metodiky HEM 2014 – Metodika monitoringu hydromorfologických ukazatelů ekologické kvality vodních toků v zimním období, kdy bylo pomocí zaznamenávání fyzikálních charakteristik říčních koryt, břehů, příbřežních zón a inundačních území získán popis aktuálního stavu hydromorfologických podmínek sledovaných úseků vodních toků. Klasifikace hydromorfologického stavu sledovaných úseků toků byla provedena podle metodiky MŽP Metodika typově specifického hodnocení hydromorfologických ukazatelů ekologické kvality vodních toků [1].

Monitorovací strategie

Monitoring a hodnocení efektivity realizovaného opatření je možné provádět třemi způsoby, tzv. monitorovacími strategiemi:

  1. časová (před/po) – sledování opatření se provádí chronologicky, tj. před a po realizaci nápravného opatření na stejném monitorovacím profilu; monitorovací bod je umístěn v závěrovém profilu realizovaného opatření; v projektu se této strategie nevyužívá;
  2. prostorová (prostor nahrazuje čas) – tato strategie se využívá tehdy, pokud nebylo možné zajistit před realizací opatření monitoring; sledování nápravného opatření se provádí v době po realizaci opatření na dvou monitorovacích profilech; dopad realizace opatření se sleduje pomocí změny stavu mezi monitorovacím profilem, který je umístěn v závěrovém profilu realizovaného opatření, a kontrolním profilem, který je situován nad opatřením a není ovlivněn dalším vlivem; v řešeném úkolu takto přistupujeme k pilotnímu území Starovického potoka;
  3. časoprostorová (před/po + kontrola působících vlivů) – tato strategie předpokládá monitoring před zahájením realizace opatření na dvou místech (nad opatřením a v závěrovém profilu plánovaného opatření); následně se po realizaci opatření provádí monitoring opět na těchto dvou místech; tento způsob je nejvýhodnější, protože umožňuje pomocí kontrolního profilu nad opatřením odlišit změny ve společenstvech v čase a změny vzniklé jako důsledek realizace opatření; takto je nastaveno sledování většiny pilotních území a bylo součástí zadání řešení úkolu.

Takto navržené monitorovací aktivity umožní kvantifikovat dopady realizací nápravných opatření v rámci několika případových studií. Následně bude možné dopady opatření porovnat se závěry dokumentu Hodnocení efektivity přírodě blízkých opatření uvedené v Metodickém návodu na výběr vhodných opatření pro zadržení vody v krajině. Mělo by být také možné vyhodnotit efektivitu opatření a vynaložené finanční prostředky na realizaci a údržbu sledovaného opatření.

Erozní monitoring a vodní režim půd

Půda je jednou ze složek životního prostředí, které jsou suchem postihovány nejvíce. Na druhou stranu je půdní prostředí díky své schopnosti zadržovat vodu velmi významné s ohledem na možnosti tlumení nežádoucích dopadů sucha, a to v řadě různých aspektů. Schopnost zemědělské půdy zadržovat vodu je determinována přírodními podmínkami, významnou měrou je však ovlivněná způsobem hospodaření i na typy opatření, která jsou na ní z různých důvodů aplikována. Kvantifikace vlivu jednotlivých opatření na hydrologický režim půd je do značné míry nejistá a je zpravidla založena na převážně empirických přístupech a metodách. Míra nejistoty takovéhoto posuzování je navíc vyšší v případě uvažování změn klimatických podmínek.

Obr. 4. Monitorovací strategie: časová, prostorová a časoprostorová

Pro potřeby kvalifikovaného posouzení vlivu jednotlivých opatření s uvažovaným pozitivním dopadem ve vztahu k půdnímu suchu je v podstatě nezbytné, aby byl zaveden a provozován dlouhodobý monitoring sledující projevy sucha v půdě a celkově zahrnující jednotlivé půdní charakteristiky. Jelikož tento monitoring má za cíl především zhodnotit dopady jednotlivých opatření, je nutné jej zavést ještě před aplikací opatření, aby byla k dispozici referenční data. Vzhledem k tomu, že půdní sucho není izolovaným jevem, ale spadá do hydrologického režimu půd jako celku, je i v případě experimentálního ověřování účinnosti jednotlivých opatření zapotřebí, aby byl monitorován vodní režim v celé šíři včetně monitoringu průvodních jevů spočívajících zejména ve změnách vlastností půdního povrchu či ve změnách obsahu různých látek v půdě. Z těchto důvodů bylo iniciováno zavedení dlouhodobého monitoringu půdních vlastností a procesů na vybraných lokalitách. Pro potřeby tohoto výzkumu byly zvoleny lokality, ve kterých je zřízen monitoring hydrologického režimu v hydrografické síti, a to především z toho důvodu, že vodní režim půd a vodní režim vodních toků jsou úzce provázány. Ke komplexnímu posouzení dopadů aplikovaných opatření na vodní režim půd je tedy důležité znát i dopady na režim vodních toků a naopak.

S ohledem na předmět monitoringu byly vybrány konkrétní pozemky a půdní bloky, které budou dlouhodobě sledovány. Monitoring byl iniciován ve třech lokalitách:

  • Oráčov (Lupofyt, s. r. o.),
  • Lišany (Lupofyt, s. r. o.),
  • Bulhary (Zemědělské družstvo Bulhary).

Dosud byly kompletně provedeny následující činnosti:

  • terénní průzkum a pozemní monitoring současného stavu a erozních projevů,
  • stanovení základních hydropedologických charakteristik sledovaných lokalit,
  • vytipování vhodných profilů pro dlouhodobý erozní monitoring,
  • iniciální RGB monitoring pomocí UAV (dronů),
  • zajištění a primární analýza vhodných družicových dat,
  • zřízení dlouhodobého monitoringu hydrologického režimu půdy,
  • opakovaný RGB monitoring pomocí UAV.

V následujícím textu jsou dosud vykonané aktivity praktického charakteru popsány podrobněji.

Na všech třech lokalitách byly identifikovány erozní projevy již během iniciálního terénního monitoringu v listopadu 2017. Na lokalitě Bulhary byly pozorovány pouze projevy dlouhodobého plošného odnosu projevující se barevnou změnou orničního horizontu. Plošný rozsah uvedených změn byl přesně identifikován bezkontaktním UAV monitoringem (viz dále). Na lokalitě Lišany byly zaměřeny i rozsahy vyšších erozních forem, konkrétně rýhová eroze, nicméně nejednalo se o následek konkrétní epizody s identifikovatelnou odezvou. Nejvýraznější projevy rýhové eroze byly při pozemním monitoringu zaznamenány na lokalitě Oráčov v profilech drah soustředěného odtoku, kde bylo možno tyto projevy očekávat (obr. 5). Lze předpokládat, že tyto projevy v porostu ozimé řepky byly iniciovány intenzivními srážkami v letním období ihned po zasetí. Důsledkem smyvu je i nerovnoměrný vegetační pokryv a zapojení porostu. Lze konstatovat, že ozimá řepka je pro tuto erozně náchylnou lokalitu nevhodnou plodinou. Rovněž zde byly zaznamenány projevy odnosu v predisponovaných drahách kolejových řádků, což je obvyklý urychlující činitel, pokud není zajištěn pohyb zemědělských strojů po vrstevnici.

Obr. 5. Erozní rýha v predisponované dráze kolejového řádku na lokalitě Oráčov (listopad 2017)

Pozemní monitoring byl dále konfrontován s daty UAV pořízenými během periodických náletů, opět se zde projevil význam bezkontaktního snímkování, včetně šikmých snímků povrchu, kdy lze jevy pozemního monitoringu zasadit do kontextu celého pozemku a upřesnit jejich plošný rozsah. Na všech lokalitách byly projevy pozemního a bezkontaktního monitoringu ve vzájemné shodě.

Sledování změn půdních charakteristik je zásadní pro potřeby posouzení jednak vývoje půdy s ohledem na změnu klimatických podmínek a jednak ve vztahu k hodnocení efektivity opatření aplikovaných na sledovaných pozemcích. Zásadní je v tomto vztahu pedologický popis půd včetně jejich zařazení k půdním typům. Průzkum orientovaný na popis půdních typů v daných lokalitách odpovídá postupu používanému při bonitaci půd a zahrnuje tedy určení jednotlivých diagnostických půdních horizontů a jejich popis a následně zatřídění každého profilu k půdnímu typu a subtypu. Určení půdních typů je poměrně náročné, a proto je vhodné volit body, v nichž jsou prováděny sondy, velmi pečlivě. V tomto případě byl zvolen postup výběru bodů pro sondáž tak, aby byly pokryty jak lokality, kde dochází k odnosu půdních částic, tak lokality, kde dochází k jejich ukládání. Současně byla definována potřeba provedení sond i přímo ve výrazných údolnicích, kde dochází k soustředění povrchového odtoku.

Další důležitou charakteristikou, která byla vybrána ke dlouhodobému sledování, je zrnitostní složení půd. To se určuje pomocí zrnitostního rozboru prováděného v laboratorních podmínkách na porušených vzorcích odebraných v jednotlivých bodech. V případě zrnitostního složení je vhodné sledovat jak zrnitost povrchové vrstvy půdy, tak nižších půdních horizontů. V rámci tohoto výzkumu byla zvolena kombinace vzorkování z povrchu ve všech bodech se vzorkováním v hloubce cca 40 cm pod povrchem ve vybraných bodech. Umístění vzorků je žádoucí koordinovat s místy provádění sond pro stanovení půdních typů, avšak v tomto případě bylo rozhodnuto o zhuštění sítě vzorků tak, aby lépe pokrývaly celá zájmová území.

Třetím typem rozborů, které byly vybrány jako potřebné pro komplexní popis stavu půdy v zájmových lokalitách, je stanovení vybraných chemických ukazatelů. Zvoleny byly následující ukazatele:

  • celkový fosfor (Pcelk),
  • biologicky dostupný fosfor podle Mehlich III (PM3),
  • celkový organický uhlík (TOC).

Pro vhodný výběr bodů k monitoringu byly nejprve provedeny základní GIS analýzy morfologických a půdních poměrů, tedy sklonitostní rozbor, analýza drah soustředěného odtoku, rozbor BPEJ. Dále byly všechny tři lokality vyhodnoceny erozním modelem WaTEM/SEDEM při nastavení dlouhodobých průměrů hodnot současného klimatu a běžných osevních postupů používaných zemědělskými subjekty v daných lokalitách. Cílem modelování bylo popsat prostorové rozložení dlouhodobé eroze a depozice v ploše pozemků, aby bylo možno odebrat vzorky v reprezentativních profilech a následně výsledky interpolovat optimálně do plochy pozemku. Rovněž tak byly vytipovány převládající trajektorie a potenciální intenzita transportu sedimentu na pozemcích (obr. 6).

Body pro odběry byly předběžně vybrány s využitím mapových podkladů a v průběhu terénních prací byly upřesněny s ohledem na místní podmínky tak, aby co nejlépe pokryly variabilitu jednotlivých území.

Součástí průzkumu byly následující činnosti:

  • rekognoskace území a výběr umístění půdních sond za účelem posouzení intenzity erozních procesů na lokalitě,
  • pro získání dostatečného množství informací bylo navrženo provedení ručních pedologických vrtů pro ověření mocnosti akumulace transportovaných půdních horizontů, a odpovídající počet sond půdní jehlou pro zjištění mocností humózních horizontů postižených i nepostižených erozními procesy,
  • klasifikace a zatřídění půd podle platných norem (Taxonomický klasifikační systém půd České republiky [2]; Metodika mapování a aktualizace bonitovaných půdně ekologických jednotek [3]),
  • stanovení mocnosti orniční vrstvy a humózních horizontů, posouzení hydromorfismu půd, ověření přítomnosti karbonátů v půdním profilu, určení půdotvorného substrátu,
  • posouzení pedologických poměrů.

Přímý a bezkontaktní monitoring erozně transportních projevů je dále doplněn o dlouhodobý sběr a vyhodnocení volně dostupných družicových dat (Landsat 8 a Sentinel 2), jež slouží jako podklad pro určení vývoje vegetačního krytu a rozsahu holých půd během vegetačních sezon.

Zároveň je na uvedených lokalitách zřízen rovněž monitoring vodního režimu půdy, který poskytne informace o saturaci půdního profilu během iniciace případných erozně odtokových epizod a samozřejmě poslouží jako podklad pro hodnocení retence vody v půdním profilu i pro popis rychlosti změn vlhkosti během nástupu sucha, opět před i po realizaci příslušných opatření.

K tomuto účelu bylo v této fázi výzkumu rozhodnuto osadit na každé ze tří zájmových lokalit dvě hnízda vlhkostních čidel. Každé z těchto hnízd obsahuje tři vlhkostní čidla pro sledování průběhu vlhkostí v různých hloubkách pro monitorování vodního režimu půdního profilu. První čidlo je ve všech případech osazeno v povrchové vrstvě půdy, která odpovídá ornici, další pak jsou instalována s ohledem na mocnosti dalších vrstev půdy. Z technického hlediska bylo nutno hnízda umístit tak, aby v nich mohlo měření probíhat kontinuálně a aby nebylo nutno čidla odstraňovat a znovu osazovat v návaznosti na jednotlivé agrotechnické operace, které by mohly čidla poškodit.

Obr. 6. Trajektorie potenciálního transportu sedimentu po pozemku a body odběru vzorků (Bulhary)

Během podzimu 2017 a jara 2018 byly provedeny na všech zájmových lokalitách činnosti vedoucí k popisu půdních vlastností a predispozice pozemků ke změnám působeným vodním režimem, povrchovým i podpovrchovým odtokem a vodní, případně větrnou erozí. Bylo nashromážděno značné množství dat a údajů o monitorovaných lokalitách a vyvozeny první závěry. Rovněž byly iniciovány časosběrné řady popisující současný stav a erozní i odtokové projevy.

Závěr

Pro možnost vyhodnocení úspěšnosti přírodě blízkých opatření je zapotřebí v zavedeném komplexním monitoringu pokračovat dlouhodobě, minimálně 3–5 let, ideálně až 10 let po realizaci opatření. Zejména proto, aby bylo možné na reálných měřených datech vyhodnotit skutečné dopady opatření na zadržení vody v krajině, hydrologický režim, erozní projevy a na jednotlivé složky a ukazatele hodnocení stavu, včetně ověření dopadů na vodní organismy a identifikovat výkyvy dopadů, které může dočasně způsobit resilience vodních ekosystémů.

Poděkování

Příspěvek vznikl v rámci úkolů řešených pro Ministerstvo životního prostředí České republiky.

Posted by & filed under Ze světa vodního hospodářství.

Je současný společensko-politický zájem řešení problematiky sucha a nedostatku vody oprávněný?

Daňhelka: Určitě ano. Žijeme sice zatím ve vodním blahobytu, ale v okamžiku výskytu události, která by překročila mez naší současné odolnosti vůči suchu (jež je dána především dimenzemi našich vodohospodářských a vodárenských soustav), by byly důsledky katastrofální. Proto je nutné snažit se odolnost vůči suchu dále zlepšovat.

Hubáčková: Samozřejmě ano.

Punčochář: Zájem o řešení je oprávněný a nutný. Po několika letech opakovaných vysokých letních teplot a srážkových deficitů se ukazuje, že vývoj tzv. změny klimatu je třeba brát vážně. Jen díky existujícím 49 vodárenským nádržím nedošlo k podstatným problémům se zásobováním pitnou vodou. Problémy mají jen aglomerace s lokálním vodárenským zdrojem. Podpora na prohloubení a zřízení dalších studní, kterou zavádí Státní fond životního prostředí, není vhodným řešením do budoucna. Pro naše území, z něhož veškerá voda odtéká, platí, že co nezadržíme v přehradních nádržích, to nemáme. Uplatnění tohoto principu brání část přírodovědné komunity a obrací mínění obyvatel proti přehradám, neboť (nepochopitelně) nerozlišují ochranu před suchem (zemědělským, v krajině) a před nedostatkem vody (hydrologickým suchem). Doufejme, že se díky výskytu sucha situace změní.

Tůma: Jsem velmi potěšen, že si společnost začala uvědomovat význam vody, a také to, že vodní zdroje jsou omezené. Situace je velmi vážná díky absenci srážek a vysokým teplotám. V některých významných oblastech pokles činí až 50 % dlouhodobého průměru. Sucho doprovází velký výpar a vysoká evapotranspirace. Ztráta vody z území je proto vysoká, a tak se vedle sucha zemědělského prohlubuje i sucho hydrologické – v síti vodních toků. To vše má za následek nemožnost doplnění zásob podzemních vod. Pokles hladin podzemních vod bude tedy trvalý, nápravu nelze očekávat v horizontu několika, možná desítek let.

Záruba: O tom není pochyb. Od roku 2014 sužuje naši zemi veliké sucho. V roce 2015 byl roční průměrný srážkový deficit největší od zahájení měření a i následující rok byl srážkově podprůměrný. V minulém roce jsme si mysleli a doufali, že už je tato suchá epizoda za námi. Ale to, co prožíváme nyní, sucho doprovázené extrémně vysokými teplotami, je opravdu zničující a bohužel, zdá se, že se naplňuje černý scénář opakování roku 2015. Klimatická změna byla po dlouhou dobu pro širokou veřejnost těžko uchopitelným, virtuálním pojmem – nyní však lidé začínají poznávat některé její skutečné dopady, aktuálně sucho a někde i nedostatek vody, na vlastní kůži.

 

Setkal/la jste se osobně či v blízkém okolí, že by pro Vás situace se sníženou dostupností vody byla limitující (od roku 2014)?

Daňhelka: Ne v tom smyslu, že by voda „netekla“ z kohoutku. Samozřejmě, že na chalupě došla voda „v sudu“ na zalévání, a pitnou vodu z vodovodu člověk nepoužil. Na sjíždění vody na Jizeře jsme se spíše odstrkovali. Ale se skutečným dopadem, kdy prostě voda nebyla, jsem se přímo nesetkal – zatím jsme se pohybovali v rozsahu naší odolnosti zmiňované v předchozí odpovědi.

Hubáčková: Ano, konkrétně jsme dlouhodobě řešili nedostatek ve zdrojích vody na Horňácku, který postupně narůstal, protože nové zdroje v dané oblasti prostě nejsou. U stávajících zdrojů klesala vydatnost a i kvalita pak nebyla úplně vyhovující. Ovlivňovalo to rozvoj obcí. V současné době je již vybudován nový přívodní řad pitné vody.

Punčochář: Samozřejmě, jde o zemědělce využívající závlahové systémy, pro které se odběry nejdříve omezují. Dále jde o rybnikáře, kterým voda v rybnících odparem ubývá, a rybí obsádky jsou ohroženy. Rovněž jsou to sportovní rybáři, kterým pokles průtoků ničí výskyt druhů ryb citlivých na obsah kyslíku. Proto roste tlak na „nadlepšování“ průtoků vypouštěním z přehradních nádrží, aby dobré ekologické podmínky byly zachovány, což paradoxně prosazují ochránci životního prostředí, běžně brojící proti existenci i výstavbě přehrad. Opakovaná sucha ovšem začínají ohrožovat i dostatečnost zdrojů pitné vody, a proto provozovatelé vodáren by měli včas zajistit řešení pro krizové situace.

Tůma: V rámci mého zaměstnání, lépe řečeno poslání, se s projevy nedostupnosti vody setkávám téměř denně. Množství vody a její kvalita jsou limitující pro řady oblastí. Dostupnost vody je hybnou silou celé společnosti. Málokdo si uvědomuje, jak vysoké množství vody je potřeba na produkci např. jednoho kilogramu masa, na výrobu jednoho bavlněného trička nebo na výrobu automobilu. Není tedy jenom zdrojem, základem života. Její spotřebu/potřebu je možno tedy vyčíslit i virtuálně v tzv. vodní stopě. Ta jde shrnout ve všech výrobcích na člověka a pro ČR je vyčíslena na 4 500 l/osobu/den. Nejvíce mě zasahuje, když obyvatelstvo ztrácí vodu ve studních, napojení na veřejný vodovod je neekonomické či nedohledné, místní toky a rybníky jsou vyschlé a lidé žijící v území nemají dostupnost k potřebnému množství vody v potřebné kvalitě.

Záruba: Musím se přiznat, že ne. Žiju ve velkém městě napojeném na kapacitní vodárenskou síť, tato města mají zatím vody dostatek. Stačí ale sednout do auta, a ať se vydáte prakticky jakýmkoli směrem, všude vidíte suchá pole, lesy zničené kůrovcem, vyprahlou krajinu. Nejsem si ale jistý, zda bych situaci tak vnímal, kdyby sucho nebylo součástí mé práce. Významnou roli nyní sehrávají média, která se této problematice intenzivně věnují. Je občas zajímavé vidět, kolika různými způsoby se dá jedna věta vyložit a dobré myšlenky jsou někdy překrouceny a ztraceny. Od oprávněného společenského a odborného zájmu o řešení problematiky sucha je tak po mém soudu nutné oddělit obraz mediální, který je mnohdy bohužel značně zkreslený až hysterický a neodpovídá realitě.

 

Je podle Vás dostatečná informovanost odborné i laické veřejnosti o aktuálním stavu sucha (meteorologického, zemědělského či hydrologického)?

Daňhelka: Myslím, že odborná veřejnost má informací poměrně dost. Problém je jejich přetvoření do formy přístupné široké veřejnosti. Tady se zatím nepodařilo dostat na takovou úroveň, aby lidé opravdu vodu vnímali jako zásadní otázku života společnosti.

Hubáčková: Stále si myslím, že není veřejnost dostatečně informovaná a že dlužíme občanům a široké veřejnosti více informací o tom, jak jsme na sucho připraveni, co můžeme při změnách podmínek pěstovat, jak zajistíme dostatek pitné vody, jak šetřit pitnou vodou… a vůbec, co nedostatek vody znamená. Stále ještě připouštíme činnosti, které zdroje vod přímo ohrožují, např. při povolování těžby štěrků v blízkosti vodních zdrojů neumíme ve správních řízeních pracovat s aktuálními problémy sucha a aktuálním stavem vod.

Punčochář: S narůstající délkou sucha zájem veřejnosti vzrůstá. Nedostává však jasné a správné informace, co dělat pro zmírnění následků sucha a zajištění vodních zdrojů. Hlavní proud informací směřuje ke kritice nepříznivého stavu krajiny a k posuzování sucha zemědělského, které je třeba zmírnit zvýšením objemu vody v půdě, rozčleněním zemědělských ploch, zvýšením počtu rybníků, mokřadů. K tomu se nelogicky přidává význam těchto opatření pro zajištění vodních zdrojů, což neplatí. Takto zvyšovaná odolnost krajiny proti suchu nezabezpečí vodní zdroje, neboť vztah těchto opatření k posílení vodních zdrojů je nepodstatný a odkazuji na práci VÚV TGM, v. v. i. (Vodní hospodářství/2017/6: 6–9).

Tůma: Informací kolem sucha je prezentováno mnoho, ale jak laická, tak odborná veřejnost nemá informace komplexní. Správně je už v otázce popsáno, že sucho existuje meteorologické – to je absence úhrnu srážek za určité období, dále zemědělské, které hodnotí vláhovou bilanci a dostupnost vody pro rostliny, a pak sucho hydrologické, což je pokles průtoků, hladin a zásob vody v nádržích díky suchu meteorologickému. Sucho vždy začíná suchem meteorologickým, ale ty další, které navazují, jsou závislé na ročním období, na teplotě vzduchu, ale i na větru a zejména délce trvání. Složitost těchto procesů si málokdo uvědomuje. Vlivem vysokých teplot, dlouhého počtu tropických dní, vysokého výparu, větru a evapotranspiraci může nastoupit např. extrémní sucho zemědělské bez ostatních projevů sucha. Řada vědců a odborníků se specializuje na jeden stav sucha a ten prezentuje bez zdůraznění vazeb s ostatními. Je nutné zdůraznit a výrazně odlišit, zda hovoříme o suchu krátkodobém či dlouhodobém. Jiná adaptační opatření je nutno připravovat na sucho krátkodobé, jiná na dlouhodobé sucho.

Záruba: Již nyní je možné si vyhledat potřebné informace, byť roztříštěné na různých webech. I proto jsme se rozhodli podpořit vývoj systému HAMR, aby byly veškeré informace dostupné na jednom místě. Jedná se o unikátní spolupráci mezi ČHMÚ, VÚV TGM, v. v. i., a CzechGlobem. Jsem velice rád, že se k tomu jednotlivé organizace rozhodly.

 

Epizody sucha a nedostatku ovlivňuje také změna klimatu. Vidíte v tomto kontextu i nějaká pozitiva či příležitosti?

Daňhelka: Změna klimatu je často prezentována výhradně negativně, a pokud se scénáře naplní, tak problém sucha u nás zesílí. Příležitostí pro nás je zvýšení efektivity využívání zdrojů, adaptace v zemědělství a průmyslu – ostatně adaptace měnícím se podmínkám v minulosti byla jedním z „motorů“ rozvoje technologií a metod.

Hubáčková: Při současném stavu vědy a poznání máme mnoho příležitostí využít vědeckých poznatků ke změně způsobu našeho života – k hospodaření s půdou, vodou, v lesích, se způsobem rozvoje sídel… Jak jsme ale ochotni se přizpůsobit? Většinou lidé reagují, až problém nastane, a to bývá pozdě.

Punčochář: Příležitostí je ukázat, že i přes omezené vodní zdroje ČR (vztaženo na jednoho obyvatele jsme spolu s Dánskem na 3. až 4. místě od konce v pořadí evropských států, za námi je Kypr a Malta) se historicky vodohospodářům dařilo udržet vodní blahobyt pro obyvatelstvo i hospodářství. Je třeba představit scénáře vývoje klimatu pro naše území a upozornit, že rostoucí teploty a nerovnoměrnost srážek výrazně situaci změní, takže v roce 2050–2070 lze očekávat velké problémy, neboť současný objem odběrů zřejmě nebude pokryt. Je nezbytné o posílení vodních zdrojů rozhodovat nyní (s ohledem na délku příprav a realizace přehradních nádrží, bez kterých to prostě nepůjde). Samozřejmě průběžně je nutné posilovat odolnost krajiny proti dopadům zemědělského sucha.

Tůma: Pozitiva lze těžko hledat v dopadech změny klimatu. Naši republiku velice rychle zasáhly všechny projevy očekávané změny, a to o několik desítek let dříve. Modelovány byly scénáře dopadu vývoje klimatu na řadu let dopředu, ale očekávaný vzestup teplot o několik stupňů nás zasáhl již nyní, stejně jako nerovnoměrnost rozložení srážek, vyšší větrnost. První scénáře hovořily o nerovnoměrném rozložení srážek s předpokladem, že roční úhrn zůstane přibližně zachovaný. Pokles ročního úhrnu o 30 % v některých oblastech je v posledních letech běžný, v minulém roce dokonce dosahoval v povodí nad vodním dílem Vranov 50 %. Co si málokdo uvědomuje, je skutečnost, že v kritických obdobích nebudou rozhodovat průměry, ale extrémy! Příležitost? Zajistit akumulaci vody pro překlenutí dlouhodobého sucha.

Záruba: Jako člověk konzervativních názorů a preferencí těžko hledám jakákoliv pozitiva související se změnou klimatu. S trochou nadsázky mě napadá, že se možná budeme muset více učit u jižních národů, které mají s horkým klimatem dlouhodobé zkušenosti, a zavést např. po obědě siestu a do společnosti vyrážet až po desáté večer.

 

Jaké kroky pro řešení problému je potřeba udělat v krátkodobém a dlouhodobém horizontu?

Daňhelka: Jako první je nutné vytvořit podmínky pro realizaci opatření tam, kde dosud nejsou. Jde tedy o měkká opatření legislativní, finanční a informační povahy proto, aby se dlouhodobě mohlo změnit naše hospodaření v krajině a hospodaření s vodou. Jednotlivá opatření však musí být dělána společně, protože každé přispívá k určité části problému zvyšování naší odolnosti – krajinná a technická opatření se zkrátka doplňují a nejsou vzájemnou alternativou.

Hubáčková: V krátkodobém horizontu je třeba zintenzivnit hlavně osvětu, zapracovat na změnách strategií rozvoje, podpořit změny v hospodaření v krajině, a to nejen vypsáním dotačních programů, ale systémově do výuky, vzdělávání… dále připravit změny v legislativě především v oblasti územního plánování a pozemkových úprav včetně posílení pravomocí orgánů a subjektů veřejné moci a ještě dále postupně realizovat např. nádrže k zachycení vody, mokřady, remízky, průlehy, zatravňování v místech soustředěného odtoku atp. a ozeleňování jak v krajině, tak v sídlech a změnit specifikaci pěstovaných plodin.

Punčochář: Hlavním cílem nejbližšího období je vysvětlit veřejnosti a politikům, že o budoucnosti vodních zdrojů se rozhoduje nyní. Odklady mohou být příčinou budoucích krizových situací. Zásadní je zastavit argumentaci, že přehradní nádrže jsou „posledním možným řešením“ pro zabezpečení vody, protože tzv. alternativy řeší výhradně vodu v krajině, nikoliv vodní zdroje. Opatření pro zadržení vody v krajině je třeba uplatňovat a zároveň zajistit další vodní zdroje nejen realizací nových nádrží, ale propojováním vodohospodářských soustav i zvýšením akumulace ve stávajících nádržích (např. v Novomlýnských nádržích zvýšení hladiny jen o 35 cm znamená 9 mil. m3 vody, která v povodí Dyje chybí).

Tůma: Je nezbytné si uvědomit, že vody je málo už nyní, že s ní musíme lépe hospodařit. Hospodařit znamená využívat lépe stávajících zdrojů. Podařilo se nám díky vysoké ceně vody zastavit růst spotřeby z plánovaných 300 l/osobu/den na 100 l, a to díky i omezení ztrát. Spotřebu však můžeme snížit v již zmiňované vodní stopě. Díky blahobytu nakupujeme všeho více, než spotřebujeme – skutečně potřebujeme. Od potravin, přes oblečení až např. po automobily. Sousední Slovensko, ale i Německo mají spotřebu pod 4 000 l/osobu/den. Vzorem jsou nám severské státy – svou skromností k nárokům na všechny požitky. Tím šetří nejen vodu, ale celé životní prostředí. V adaptačních opatřeních se musíme soustředit na opatření k eliminaci dlouhodobého sucha. Tu zajistí jen akumulovaná povrchová voda z období jejího nadbytku. Opatření v krajině budou eliminovat sucho krátkodobé, ale nezajistí vodu pro obyvatelstvo, dobytek, průmysl a zemědělství. I zde platí slovo lépe hospodařit – nezvyšovat výparem a odtokem ztrátu vody z území.

Záruba: Začít komplexně realizovat opatření, a to včetně těch úplně nejmenších, na kterých se může podílet každý z nás. Splachovat šedou vodou, nakupovat lokální potraviny, používat v domácnostech pouze ekologické prostředky, nezalévat, pokud je vydána výstraha na sucho… až po ta složitější, která vyžadují delší přípravu a koordinaci ze strany veřejné správy. Myslím, že v Koncepci ochrany před následky sucha pro území České republiky jsou tato opatření dobře popsána. Asi nejtěžším úkolem bude změna myšlení lidí, které je v současné době až příliš orientováno na krátkodobý zisk a efekt. Boj se suchem je běh na dlouho trať a každý ponese jeho určité náklady, nicméně nepochybuji, že jako společnost chceme dosáhnout zdravého životního prostředí, aby mohly být zdravé i naše děti.

 

Posted by & filed under Ze světa vodního hospodářství.

Dne 30. května se na Novotného lávce v Praze uskutečnil seminář Suché období 2014–2017: vyhodnocení, dopady a opatření pořádaný Českou vědeckotechnickou vodohospodářskou společností ve spolupráci s Českým hydrometeorologickým ústavem a Výzkumným ústavem vodohospodářským T. G. Masaryka, v. v. i.

Program semináře zahrnoval celkem 12 hlavních prezentací doplněných pěti mikro-prezentacemi a diskusí. Témata prezentací zahrnovala vyhodnocení srážek a odtoků v období 2014–2017 a jejich srovnání s historickými epizodami, informace o legislativních opatřeních přijatých po roce 2015 v reakci na sucho včetně těch, jejichž realizace dosud probíhá. Dále byly představeny některé hodnoticí nástroje, které vznikly jako informační podpora pro zvládání sucha.

Poznatky ze semináře

Suché období posledních let se výrazně projevilo zejména v podobě velmi malých odtoků, tedy v podobě hydrologického sucha. Na některých tocích se jednalo o nejmenší odtokové množství za tří až čtyřleté období od začátku pozorování průtoků, například na Lužnici byl zaznamenán vůbec nejmenší 30denní průtok od roku 1911. Ale přesto existují paralely dřívější (1858–1875) i relativně nedávné (1989–1994) ukazující na delší a ještě extrémnější možné periody trvání sucha. Problémem, který je nutno uvažovat dnes, je obecně vyšší teplota vzduchu, která zvětšuje potenciální evapotranspiraci a z hlediska vzniku a rozvoje sucha je nepříznivým faktorem.

Diskuse o příčinách sucha i o možných opatřeních ukázala, že stále máme i v odborné veřejnosti tendenci toto téma poněkud polarizovat – stavět do protikladu plošná a přírodě blízká opatření v krajině vůči strukturálním opatřením na vodních tocích, zejména víceúčelovým vodním nádržím. Bohužel se zdá, že lidé, a to i odborníci, mají nejspíš své vlastní preference přístupů, které je vedou k upřednostňování jednoho či druhého typu opatření. A i když se jich většina shodne na nutnosti jejich kombinace v rámci integrovaného managementu vodních zdrojů, stále chybí pochopení toho, že zde nemůže být ustavena žádná obecně platná hierarchie těchto opatření.

Co je toho příčinou?

Na jednu stranu máme štěstí, že naši předkové postavili řadu technických staveb zajišťujících nám zdroje vody – a není bez zajímavosti, že se nádrže stavěly vždy s odstupem po epizodě sucha. Rozsáhlá síť vodních nádrží nám umožňuje žít ve vodním blahobytu, kdy zásobování vodou je pro téměř všechny obyvatele bez problémů zajištěno. Jenže již desítky let se žádná nová nádrž nepostavila, a proces přípravy jejich výstavby je natolik dlouhý a komplikovaný, že v nejbližší době žádná nová nádrž nejspíše nevznikne. Část odborníků tak propadá beznaději a vidí potřebu přípravy nových vodních nádrží jako nutnou prioritu a nejkritičtější současný problém, kdy bez posílení současných zdrojů vody novými nádržemi může náš současný vodní blahobyt skončit.

Naopak dost nešťastná situace, kterou jsme si ve větší míře způsobili sami, je v podobě stavu krajiny. Velké spojité lány, utužení půd, nevhodné meliorace; výsledkem toho všeho je nárůst eroze, ztráta humusu a retenční schopnosti půd a vysychání krajiny. Opatření v krajině jsou proto nezbytná a správně byla identifikována jako priorita v Národním akčním plánu adaptace na změnu klimatu. Přesto se situace v reálu zatím nijak dramaticky k lepšímu nezměnila. Zoufalství tak padá i na jinou část odborníků, kteří vidí toto jako nutnou prioritu a nejkritičtější současný problém i pro otázku sucha.

Ale krajinná opatření a vodní nádrže řeší každé jiný problém, není mezi nimi žádné pořadí významnosti. Tato opatření totiž směřují na jiné projevy sucha a různé jeho dopady – půdu, vegetaci a jakost podzemních vod v případě krajinných opatření, vodní toky a zdroje vody pro zásobování v případě nádrží. Směřují také na různá prostorová měřítka – lokální zlepšení mikroklimatu, bohatství ekosystémů a krajinného vzhledu v prvním případě a na zajištění objemů vodních zdrojů v nadregionálním měřítku v případě druhém. Dotýkají se i jiného časového měřítka – krátkodobého sucha a ovlivnění zemědělské produkce, na straně druhé dlouhodobého sucha a jeho překlenutí. První opatření jistě zvyšují každodenní kvalitu života, druhá co nejkomfortnější zvládnutí kritických situací.

Krajinná opatření a vodní nádrže proto nestojí proti sobě, nestojí ani za sebou, ale jen a pouze vedle sebe a vhodně se doplňují. Podmiňovat jedno opatření tím, že k němu bude přistoupeno, až pokud nebude stačit jiné, by bylo bláznovství.

Uvědomme si, že život ve vodním blahobytu je také zrádný v tom, že dokážeme bez dopadů přečkat období běžného sucha, dokážeme přečkat i silné sucho a získáváme pocit uspokojení, že jsme proti suchu odolní. A tím paradoxně zvyšujeme svou zranitelnost suchem opravdu extrémním, které překoná meze naší současné odolnosti. Až přijde, budeme zaskočeni, a o to tvrdší budou jeho dopady.

Posted by & filed under Hydraulika, hydrologie a hydrogeologie, Hydrochemie, radioekologie, mikrobiologie, hydrobiologie.

Souhrn

Využití automatických vzorkovačů se stává běžnou součástí detailního – bilančního monitoringu koncentrací a odnosů látek. Průměrné výsledky běžného monitoringu bodových vzorků jsou oproti reálnému stavu často podhodnocené [1, 2].

Povodí Čechtického potoka odvodňuje jedno z nejvíce zemědělsky obhospodařovaných území v celém povodí vodárenské nádrže Švihov na Želivce. Od roku 2012 zde státní podnik Povodí Vltavy provozuje vzorkovací stanici. Pesticidní látky a jejich metabolity jsou analyzovány buď ve slévaných 14denních vzorcích, nebo jsou na základě průtoku (v případě srážko-odtokových událostí) odebrány i dvoudenní slévané a bodové vzorky.

Postupným zdokonalováním vzorkovacího systému bylo nejvíce hydrologických událostí zachyceno v roce 2015 a 2016. Z hlediska hydrologických podmínek a výskytu pesticidních látek byl rok 2016 oproti předchozímu roku zajímavější, publikovaná data tedy pochází převážně z roku 2016. Výsledky z kontinuálního měření ukázaly nárůsty koncentrací a odnosů mateřských pesticidních látek na jaře a jejich metabolitů v průběhu léta. Celková látková bilance námi sledovaných pesticidů a jejich metabolitů byla 3,88 kg (4–11/2016, Qprům = 63,5 l∙s-1). Z dlouhodobého hlediska se mění i skladba používaných pesticidů, patrné je to na příkladu terbuthylazinu (pěstování kukuřice). V povodí se nyní více vyskytují jeho metabolity a byl pravděpodobně nahrazen jinými účinnými látkami (isoxaflutole, cyprosulfamide a thiencarbazon-methyl). Při snaze detekovat nové účinné látky mají laboratoře oproti zemědělským aplikacím výrazné zpoždění. Proto je třeba neustálý vývoj analýz a sledování nových trendů.

Nejzajímavější výsledky však poskytují zachycené hydrologické události, kdy se koncentrace oproti kontinuálnímu sledování zvýší (nebo naopak sníží) řádově, a to během desítek minut. Dynamika vyplavování živin a speciálních organických látek během srážko-odtokových událostí se ukazuje být natolik významná, že bez detailního vzorkovacího schématu můžeme koncentrace a následné odnosy látek pouze odhadovat.

Úvod

Časté extrémní změny v koncentracích pesticidních látek a jejich metabolitů ve vzorcích povrchových vod v rámci provozního monitoringu vedou k otázce, jaké množství je těchto cizorodých látek ve vodním prostředí doopravdy přítomno [3, 4]. Intenzivněji se tím začaly zabývat i vodohospodářské laboratoře státního podniku Povodí Vltavy. Pro účely přesnějšího odhadu odnosů živin a speciálních organických látek byla v roce 2012 zprovozněna automatická vzorkovací stanice na Čechtickém potoce. Ten odvodňuje zemědělsky intenzivně obdělávané povodí a po soutoku se Sedlickým potokem a průchodu zdrží VN Němčice ústí do VN Švihov poblíž její hráze. Od roku 2015 analyzujeme vedle směsných kontinuálně odebíraných vzorků i bodové vzorky v průběhu hydrologických událostí a náhlého zvýšení průtoků. Ukázalo se, že dynamiku pesticidních látek běžným vzorkováním nelze spolehlivě podchytit [1], i když se v tocích za našimi zády běžně odehrává.

Zachycení hydrologických událostí ve vzorcích je velice důležité pro kvantitativní, ale i kvalitativní analýzu [1, 2]. Některé látky se mohou ve vodě vyskytnout pouze při srážko-odtokové události [5], a to ještě za podmínky, že jejich aplikace proběhla těsně před tím. Znalost přeměny rodičovských látek na další rozpadové produkty je pro vyhodnocení vlivu používání pesticidů zásadní. Důležitá je také znalost povodí, zdrojů znečištění [5] a přehled o aplikacích látek na pěstované plodiny v povodí [4]. Výše zmíněné podmínky jsou důvodem častého podhodnocení bilancí živin i speciálních organických látek, které nevychází z kontinuálního měření [1, 2, 6].

Metodika

Automatická vzorkovací stanice se skládá ze vzorkovače ISCO Avalanche (pro 14 diskrétních vzorků), který je autonomně napájen elektrickou energií ze dvou solárních panelů umístěných na střeše stanice. Součástí stanice je srážkoměr, sondy pro měření zákalu, vodivosti a modul pro kontinuální měření výšky hladiny (tzv. Bubbler). Pro daný profil byla změřena průtoková křivka, podle které je automaticky (podle výšky hladiny) odvozován okamžitý průtok. Veškeré signály jsou ze vzorkovače svedeny do přenosové GSM stanice Fiedler.

Obr. 1. Vývoj počtu analyzovaných pesticidů a jejich metabolitů ve VHL Povodí Vltavy v letech 2006–2017
Fig. 1. The number of analyzed pesticides and their metabolites in the laboratory of Vltava River Basin (2006–2017)

Odběrové schéma vzorkovače je nastaveno na dva provozní režimy, které se spouští podle dané situace. Kontinuální vzorkování probíhá nepřetržitě v periodě po čtyřech hodinách. Vznikne tak jeden integrální slévaný vzorek, který reprezentuje celou 14denní periodu. V případě potřeby je možné analyzovat i dvoudenní slévaný vzorek. Pro vzorkování hydrologické události je vyhrazena polovina vzorkovnic (7 ks). Při zvýšení hladiny se automaticky spustí vzorkování prostých vzorků, a to v intervalu sedmi hodin. Toto schéma bylo na Čechtickém potoce uplatněno v následujících obdobích: 10. 3.–30. 11. 2015 a 1. 4.–28. 11. 2016. V zimním období není stanice provozována, protože nelze zajistit její bezproblémový provoz v období mrazů.

Obr. 2. Koncentrace herbicidních látek v povrchové vodě, kontinuální vzorkování
Fig. 2. Concentrations of herbicides in surface water, continuous sampling
Obr. 3. Vysoké koncentrace fungicidní látky (dimethenomorph) a tří herbicidních látek (bentazon, fluoxypyr a linuron) v jarním období
Fig. 3. High concentrations of fungicide (dimethenomorph) and three herbicides (bentazon, fluoxypyr a linuron) in spring

Pesticidy a metabolity jsou v laboratoři ze vzorků následně stanoveny přímým nástřikem vzorku vody do kapalinového chromatografu (LC). Detekce je provedena pomocí hmotnostního detektoru na principu trojitého kvadrupólu (MS/MS) v režimu pozitivní nebo negativní ionizace. Analýza vzorků probíhá po skupinách (tzv. módech), které se liší způsobem předúpravy vzorku, různými chromatografickými podmínkami a režimem ionizace. Analyzovány byly tři skupiny pesticidních látek a jejich metabolické produkty: triazinové herbicidy (např. terbuthylazin), chloracetanilidy (např. alachlor, metazachlor, metolachlor) a pesticidy patřící do skupiny derivátů kyseliny močové – tzv. urony (např. linuron, chlortoluron).

Obr. 4. Koncentrace terbuthylazinu a jeho metabolitů; průměrný průtok během odběru směsných vzorků
Fig. 4. Concentrations of terbuthylazine and his metabolites; average flow during the sampling
Obr. 5. Sezonní průběh koncentrace alachloru, metolachloru a jejich metabolitů
Fig. 5. Seasonal course of alachlor, metolachlor and their metabolites

Pesticidy a jejich metabolity jsou v posledních letech hlavními prioritami sledování kvality vod [3, 6, 7]. To je patrné i na vývoji množství měřených pesticidů a jejich metabolitů (obr. 1) v laboratořích Povodí Vltavy. Nové analyty se zavádí s ohledem na legislativu (WFD), požadavky Mezinárodní komise pro ochranu Labe a především databázi pesticidů ČHMÚ [8], založenou na základě spotřeby pesticidů v ČR. Důležitými podněty jsou nové trendy v zemědělství a publikované výsledky.

Výsledky a diskuse

Rok 2016 byl srážkově průměrný až podprůměrný (Qprům (4–11/2016) = 63,5 l∙s-1). I přes tuto skutečnost přinesl ve srovnání s extrémně suchým rokem 2015 (Qprům (6–12/2015) = 54,7 l∙s-1) relevantnější výsledky o vyplavování pesticidních látek (tabulka 1).

Tabulka 1. Přehled všech detekovaných pesticidů a jejich metabolitů v závěrovém profilu Čechtického potoka (profil Leský Mlýn) v období od 1. 4. do 30. 11. 2016; D – deriváty (metabolity), H – herbicidy, F – fungicidy, I – insekticidy, R – regulátory růstu, n – nedetekováno
Table 1. Overview of all detected pesticides and their metabolites on the closing profile of the Čechtický brook (1st April–30th November 2016); D – derivatives (metabolites), H – herbicides, F – fungicides, I – insecticides, R – growth regulator, n – undetected

Nejvyšší koncentrace ve slévaných vzorcích byly naměřeny u metazachoru ESA (2 840 ng∙l-1), linuronu (1 270 ng∙l-1) a bentazonu (860 ng∙l-1). Maximální koncentrace byly během hydrologických událostí naměřeny u linuronu (9 540 ng∙l-1), bentazonu (4 500 ng∙l-1), cyprosulfamidu (5 900 ng∙l-1), isoxaflutolu (3 500 ng∙l-1), thiencarbazone-methylu (2 800 ng∙l-1) a dalších látek. Podobně jako u předchozích výsledků i zde se v nejvyšších koncentracích vyskytují všechny tři složky již zmíněného komerčního přípravku Adengo.

Obr. 6. Vývoj koncentrací terbuthylazinu a jeho metabolitů během srážkové epizodní události (28. 5.–1. 6. 2016); bodové a směsné dvoudenní vzorky
Fig. 6. Concentrations of terbuthylazine and his metabolites during the hydrological event (28th May–1st June 2016); simple and continuous sampling
Obr. 7. Vývoj koncentrací vybraných pesticidů a metabolitů během srážkové epizodní události (28. 5.–1. 6. 2016); bodové a směsné dvoudenní vzorky
Fig. 7. Concentrations of selected pesticides and their metabolites during the hydrological event (28th May–1st June 2016); simple and continuous sampling

Některé látky se v povodí vyskytovaly pouze během srážko-odtokových událostí (ve slévaných vzorcích se nevyskytovaly vůbec, nebo byly pod mezí stanovitelnosti). Jedná se např. o fungicidy azoxystrobin a propiconazol, insekticidy clothianidin a thiacloprid, chloracetanilidové pesticidy metazachlor a metolachlor a další. Koncentrace těchto látek během epizod jsou měřitelné, přesto velmi nízké (tabulka 1).

Výsledky kontinuálního vzorkování pesticidních látek

Na výsledcích ze směsných vzorků jsou dobře patrné změny v koncentraci způsobené vyšším průtokem a jarní (případně podzimní) aplikací pesticidů na zemědělskou půdu (obr. 2, 3). Vysoké koncentrace vybraných herbicidů a fungicidů byly měřeny ve vzorcích koncem jara a začátkem léta, zatímco po zbytek vzorkovacího období nebyly detekovány vůbec, nebo v řádově nižších koncentracích. Jarní maxima nalezených látek se mohou částečně překrývat nebo naopak – jako v případě bentazonu (kukuřice, brambory, obilí) a dimethenomorphu (mj. plísňová onemocnění brambor), viz obr. 3. Látky byly pravděpodobně aplikovány v jiném období, např. sušší a teplejší část roku u účinné látky dimethenomorph. Dalším příkladem vysokých koncentrací pesticidů v jarním období je linuron (v zájmovém povodí pravděpodobně aplikovaný na brambory, kukuřici a obiloviny). V Čechtickém potoce je koncentrační maximum patrné v květnu a červnu (obr. 3). Linuron účinkuje na povrch rostlin i kořenové systémy, aktivně tedy působí i v půdním profilu, odkud je vyplavován do povrchových vod.

Obr. 8. Vývoj koncentrací vybraných pesticidů a metabolitů během srážkové epizodní události (28. 5.–1. 6. 2016); bodové a směsné dvoudenní vzorky
Fig. 8. Concentrations of selected pesticides and their metabolites during the hydrological event (28th May–1st June 2016); simple and continuous sampling

 

Obr. 9. Vývoj koncentrací metazachloru a jeho metabolitů během srážkové epizodní události (28. 5.–1. 6. 2016); bodové a směsné dvoudenní vzorky
Fig. 9. Concentrations of metazachlor and his metabolites during the hydrological event (28th May–1st June 2016); simple and continuous sampling

Zachycené vysoké koncentrace účinných látek (obr. 2–4) korespondují s pěstovanými plodinami v povodí. Kukuřice je po pšenici druhou nejpěstovanější plodinou (v roce 2015 19,3 % z celkové plochy povodí Čechtického potoka, v roce 2016 pak 19,1 %). Pěstování pšenice pokrývalo 29,4 % v roce 2015, resp. 23,3 % (2016). Další hojně pěstované plodiny v povodí byly řepka 11,4 % (2015) a 9,9 % (2016) a brambory (5,2 % v roce 2015 a 9,8 % v roce 2016) [5, 9].

V rámci sledování byly detekovány látky či metabolity látek, jejichž koncentrace jsou v průběhu roku vysoké a prakticky konstantní (obr. 4, 5). To mohlo být způsobeno častějšími aplikacemi účinné látky na zemědělskou půdu v průběhu roku nebo vysokou persistencí metabolitů v půdě a vodě. Příkladem jsou metabolity herbicidu chloridazonu. Stabilita mateřské látky je podle publikovaných informací velice proměnlivá a nebyla detekována nad mezí stanovitelnosti (10 ng∙l-1) ani jednou. Oproti tomu metabolity chloridazon desphenyl a chloridazon methyl-desphenyl jsou poměrně stabilní a ve směsných vzorcích byly v průběhu vzorkovacího období naměřeny pozitivní koncentrace metabolitů chloridazonu v rozmezí (57–110 ng∙l-1, resp. 12–22 ng.l-1) ve všech vzorcích (tabulka 1). V průběhu hydrologických událostí pak docházelo k jejich naředění. Podobný výskyt byl zaznamenán i u chloracetanilidových pesticidů metolachloru a metazachloru a jejich metabolitů (obr. 5).

Stabilní výskyt metabolitů je patrný i u dalších látek. V povodí Sedlického a Čechtického potoka se v souvislosti s pěstováním kukuřice velice často používala pesticidní látka terbuthylazin (obr. 4). Ta nahradila v roce 2005 zakázaný atrazin a byla v povodí stabilně měřena ve vysokých koncentracích [4]. V posledních několika letech došlo na některých profilech v povodí k řádovému snížení koncentrací a můžeme tak předpokládat, že byla v přípravcích postupně nahrazena za novější a účinnější látky. Jedná se například o pesticidní přípravek, který se prodává pod komerčním názvem Adengo a obsahuje tři účinné látky (isoxaflutole, cyprosulfamide a thiencarbazone-methyl) (obr. 2).

Obr. 10. Vývoj koncentrací metabolitů chloracetanilidových pesticidů během srážkové epizodní události (28. 5–1. 6. 2016); bodové a směsné dvoudenní vzorky
Fig. 10. Concentrations of chloracetanilid metabolites during the hydrological event (28th May–1st June 2016); simple and continuous sampling

Zajímavý vývoj koncentrací alachloru a jeho metabolitu alachloru ESA byl pozorován v celém vzorkovacím období (obr. 5). Zatímco užívání alachloru bylo zakázáno v roce 2008 a jeho koncentrace jsou pod mezí stanovitelnosti, koncentrace jeho stabilnějšího metabolitu (formy ESA) jsou stále vysoké. Zpravidla je pozorován dlouhodobý pokles této látky [4], na profilu Leský Mlýn v roce 2016 tomu tak ovšem nebylo a koncentrace v průběhu roku spíše rostla. Příčinou mohla být hydrologická situace a dlouhodobá perzistence metabolitu v půdách nebo nepovolená recentní aplikace.

Dynamika vyplavování pesticidních látek během hydrologických událostí

Zatímco koncentrace pesticidů během kontinuálního sledování nabývají hodnot desítek až stovek ng∙l-1, v průběhu srážkových událostí se koncentrace často zvýší řádově až na tisíce ng∙l-1 (tabulka 1). Ze čtyř zachycených událostí v roce 2016 uvádíme převážně výsledky z jarní epizody (složené ze dvou menších), viz obr. 6–10. Převážná většina pesticidů vč. jejich metabolitů reagovala na rychlé zvýšení průtoku zvýšením koncentrací (obr. 6–8). Srážky, které způsobily zvýšení průtoku v potoce (cca 8×), byly poměrně vydatné s rychlým nástupem. Dá se tedy předpokládat, že většina srážkové vody byla do potoka odvedena po povrchu, resp. promývala vrchní vrstvy půdy. Zvýšení koncentrací látek tak nastalo se zpožděním o cca devět hodin. Jinak by tomu bylo při mírných a vytrvalých srážkách, kdy by podpovrchový odtok vytlačil podzemní a podpovrchové vody s cizorodými látkami „před sebou“ [5].

Koncentrační křivky terbuthylazinu a jeho metabolitů měly během epizody prakticky stejný průběh (obr. 6) a lišily se mezi sebou pouze v látkovém množství až o jeden řád. Podobný průběh koncentrací s přímou závislostí na průtoku měly i ostatní látky, které byly na jaře často detekovány i během kontinuálního vzorkování – např. linuron, bentazon a cyprosulfamide (obr. 7). Látky isoxaflutole, cyprosulfamide a thiencarbazone-methyl (přípravek Adengo) se při hydrologické epizodě vyskytovaly ve vysokých koncentracích (obr. 6), což svědčí o jejich používání na polích v povodí.

Zajímavou skutečností byla rozdílná dynamika vyplavování některých látek. Zatímco koncentrace některých pesticidů byly ve vodě tím vyšší, čím vyšší byl průtok, koncentrace jiných látek (např. fluroxypyr, metribuzin a mesotrione) se zvýšily až při druhé, výrazně menší srážko-odtokové události (obr. 8). Některé látky však mohly být v povodí aplikovány až po první srážce.

Obr. 11. Látková bilance všech měřených pesticidních látek v Čechtickém potoce na profilu Leský Mlýn v období od 1. 4. do 30. 11. 2016
Fig. 11. Total mass balance of all measured pesticides in the Čechtický brook (1st April–30th November 2016)

Zcela odlišný vývoj koncentrací během srážkové epizody byl naměřen u většiny metabolitů chloracetanilidových pesticidů (obr. 9, 10). V období zvýšeného průtoku v Čechtickém potoce došlo ke snížení koncentrací a k naředění všech detekovaných metabolitů metazachloru, alachloru, acetochloru a metolachloru. Tyto metabolity jsou velice persistentní a ve slévaných vzorcích byly na lokalitě detekovány po celý rok, proto jsou pravděpodobně za vyšších průtoků v povrchové vodě úměrně srážkám „nařeďovány“.

Látková bilance

Na základě zjištěných údajů byl proveden výpočet látkové bilance celkového odnosu pesticidních látek z povodí Čechtického potoka v průběhu vzorkovacího období (4–11/2016). Do látkové bilance nebyly započteny speciální organické látky (např. DEET, benzotriazol a některé další). Epizody byly v bilanci zahrnuty pouze v rámci slévaných vzorků. Celkový odnos pesticidů činil ve vzorkovacím období 3,88 kg (obr. 11). Vzhledem k hydrologické situaci a průměrnému průtoku 63,5 l∙s-1 to není málo i s ohledem na to, že velké množství potenciálních metabolizovaných forem pesticidů není zatím měřeno. Nejvyšší odnosy v roce 2016 byly naměřeny právě při spuštění vzorkovací stanice (1. 4. 2016). Při výpočtech látkových odnosů pesticidních látek je tedy nutné zohledňovat i zimní, popř. brzké jarní období.

Závěr

Kontinuální vzorkování přináší přesnější výsledky o výskytu a množství pesticidů a jejich metabolitů v průběhu roku. Odnosy těchto látek korelují pozitivně i negativně s průtokem, záleží přitom na hydrologických podmínkách ve spojení s dobou aplikace látek na zemědělskou půdu [7]. Proto je třeba mít dokonalý přehled o užívání jednotlivých typů látek (ideálně formou spolehlivé elektronické evidence).

Dynamický vývoj v produkci a užívání pesticidů vede k obtížné identifikaci a stanovení nových a zatím neměřených látek [3]. Správci toků musí neustále zavádět nové analyty, dostávají se tak do situace, kdy mají výrazné zpoždění za zemědělskou aplikací.

Koncentrace látek se v povrchové vodě během srážko-odtokových epizod mění v řádu desítek minut, běžný čtyřtýdenní monitoring tak nemůže odhalit dynamiku jejich vyplavování [4]. Velké množství látek, které se na plodiny již dlouhodobě aplikuje, se v našich vodách v různých formách stabilně objevuje. Záleží pouze na tom, jestli jsme schopni tyto látky zachytit a hlavně – situaci řešit [3].

Poděkování

Tento příspěvek vznikl za podpory projektu TA04021527 Studium příčin a dynamiky zátěže vod drobných vodních toků přípravky na ochranu rostlin, podpořeného agenturou TA ČR. Autoři děkují kolegům z Výzkumného ústavu meliorací a ochrany půdy, v. v. i., za vedení a spolupráci na projektu.

 

Příspěvek byl publikován ve sborníku Vodní nádrže 2017, ISBN 978-80-905368-5-2.

Posted by & filed under Hydraulika, hydrologie a hydrogeologie.

Souhrn

Příspěvek je zaměřen na posouzení výsledků simulace průtoků komplexním modelem SWAT, který je obtížný pro užívání z hlediska potřeby vstupních dat o půdách a managementu povodí. Na příkladu povodí VD Olešná, které patří mezi menší povodí, než je běžné pro používání SWATu, byla provedena kalibrace vybraných parametrů při srovnání s měřenými daty a následně validace kalibrovaného modelu na validační pozorované řadě. Model má v tomto případě problém s predikcí denních průtoků spojený s většími srážkovými událostmi, měsíční průtoky pak predikuje velmi dobře. Model je velmi vhodný především pro posouzení dopadu různých scénářů (klimatické změny, využívání krajiny v povodí apod.) v dlouhodobém časovém měřítku. Další rozvoj modelu je plánován pro kalibraci parametrů modelu pro predikci transportu živin z povodí do nádrže.

Úvod

Matematické modely se v hydrologii uplatňují již řadu let ruku v ruce s rostoucím výkonem výpočetní techniky a dostupností vstupních dat. Umožňují realizaci virtuálních experimentů, které lze empiricky provést buď jen velmi obtížně, nebo vůbec. V praxi se využívají ke studiu hydrologických procesů a odhadům dopadu různých scénářů na hydrologické procesy. Základním předpokladem je, aby zvolený model dostatečně realisticky simuloval potřebné procesy pro minimalizaci nejistoty výsledků. Především v současné době, ve které potřebujeme plánovat účinná opatření v krajině k adaptaci na probíhající klimatické změny, může být role těchto modelů pro posouzení efektivity adaptačních opatření nezastupitelná. Především v simulacích procesů v zemědělsky využívaných povodích je široce uplatňován model SWAT (akronym pro soil and water assessment tool), jehož obliba ve světě neustále roste.

Tento příspěvek má za cíl představit model SWAT, jehož užití na území České republiky je velmi vzácné, přestože má velký potenciál. Postupně je stručně popsán samotný model a následně je na příkladu povodí vodní nádrže Olešná (33 km2), která slouží jako zdroj vody pro průmysl a značně trpí přísunem sedimentů a živin, provedena kalibrace a validace simulací průtoků pro denní časový krok a následné srovnání s měsíčním časovým krokem.

Materiál a metodika

Model SWAT

Model SWAT je vytvářen především zásluhou Jeffa Arnolda na US Department of Agriculture Agricultural Research Service (USDA-ARS). SWAT je kontinuální model v měřítku povodí, který pracuje s denním časovým krokem a je vytvořen pro predikci vlivu managementu povodí na hydrologii, sedimenty a chemické látky spojené se zemědělskou činností, jako jsou živiny, pesticidy, těžké kovy a další.

SWAT vyžaduje poměrně podrobné údaje o půdě, informace o využívání půdy/hospodaření a výškopisná data. Mezi základní vstupní parametry pro půdu patří hloubka, zrnitostní složení, obsah organické hmoty a hydropedologické vlastnosti, a to především hydrologická skupina a nasycená hydraulická vodivost. Parametry lze půdám přidělit zvlášť pro jednotlivé horizonty. Důležité parametry charakterizující typ využití půdy jsou čísla odtokových křivek pro jednotlivé hydrologické skupiny půd. Pro urbanizované plochy je navíc podstatný parametr podílu nepropustného povrchu. Pro zemědělsky využívané plochy je možnost parametrizace podrobného managementu zahrnujícího rotaci plodin, agrotechnické lhůty setí, sklizně, orby, hnojení, pastvy apod. Výškopisná data slouží k odvození sklonitosti území, která je rozdělena do množství tříd podle uživatele. Dále lze přidat další významné činnosti hospodaření např. bodové zdroje, odběry vody, zavlažování a další. Nejdůležitější vstupní klimatologická data jsou denní srážkové úhrny a minimální a maximální teplota vzduchu. Pokud jsou k dispozici podrobnější srážkové úhrny, lze je využít. Další vstupní klimatologická data jsou úhrny globálního záření, relativní vlhkost vzduchu a průměrná rychlost větru. Ty jsou potřeba pro metody výpočtu evapotranspirace, které jsou náročnější na data. Hodnoty všech těchto veličin lze simulovat pomocí stochastického generátoru počasí.

Obr. 1. Diagram postupu výpočtu hydrologické bilance v HRU/subpovodích
Fig. 1. Flowchart of hydrological budget calculation for HRU/subbasins

Proces výpočtu lze rozdělit na část probíhající na úrovni krajiny a část představující procesy v rámci hlavních vodních toků. Pro výpočet vodní bilance a následně odnosů jednotlivých látek na úrovni krajiny je plocha povodí rozdělena do dílčích subpovodí a dále do hydrologických odpovědních jednotek, tzv. HRU (Hydrologic Response Unit), tvořící kvazihomogenní plochy s unikátní kombinací typu půdy, krajinného pokryvu a třídy sklonitosti, které zachycují především rozdíly v hodnotách evapotranspirace, stejně jako v hodnotách odtoku pro jednotlivé HRU a rovněž pro jednotlivé plodiny. Základní procesy zahrnuty v hydrologické bilanci povodí jsou obsaženy v rovnici (1). K jednotlivým procesům existuje v některých případech nabídka vícero matematických popisů hlavně v závislosti na náročnosti vstupních dat. Například u výpočtu infiltrace srážek lze použít metodu odtokových křivek, pro kterou postačují denní srážkové úhrny, nebo metodu Green&Ampt, která vyžaduje srážky v podrobnějších časových intervalech. Podobně u výpočtu potenciální evapotranspirace lze využít metody náročnější na meteorologická data, konkrétně Penmann-Monteith nebo Pristley-Taylor, ale zároveň metodu Hargreaves, která vyžaduje pouze údaje o teplotách. Odtok a koncentrace látek jsou potom modelovány odděleně pro každou HRU zvlášť a následně sloučeny do celkové hodnoty odtoku a koncentrace z plochy subpovodí podle diagramu na obr. 1.

KdeSWtjefinální obsah vody v půdě,
SW0obsah vody v půdě na počátku,
Rdendenní úhrn srážek,
Qpovpovrchový odtok,
Eevapotranspirace,
winfiltrace do vadózní zóny,
Qpodzákladní odtok.

 
Procesy probíhající na úrovni hlavních vodních toků představují transformaci vstupujícího odtoku vody, sedimentů, živin a dalších látek. Hlavní toky jsou zde schematizovány do homogenních kanálů s lichoběžníkovým profilem. Rychlost proudění vody je počítána přes manningovu rovnici a změna pomocí metod Variable storage nebo Muskingum. Například změna živin je počítána podle modelu QUAL2E.

Výstupy z modelu jsou na úrovni jednotlivých HRU, subpovodí a hlavních vodních toků v denním, měsíčním nebo ročním časovém kroku. Pro HRU jsou ve výsledcích hlavně hodnoty vodní bilance (povrchový, podpovrchový a základní odtok, obsah vody v půdě, potenciální a aktuální evapotranspirace atd.), dále např. množství biomasy, odnos sedimentů, bilance živin apod. Pro subpovodí se jedná o velmi podobné výsledky jako na úrovni HRU, kde dochází k jejich součtu. Na úrovni vodních toků jsou výsledkem vstupy ze subpovodí, co se týče vody, sedimentů a dalších látek a jejich transformace vodním tokem.

Vyčerpávající přehled o všech simulovaných procesech a jejich matematickém popisu, doporučeném použití apod. podává podrobná dokumentace k modelu [1].

Problém užití modelu SWAT v podmínkách České republiky spočívá hlavně v nedostupnosti vstupních dat o půdách, což se týká především textury půdy, obsahu organické hmoty a jejich hydropedologických vlastností a dále zemědělského managementu území, hlavně osevní postupy a užívaná agrotechnika. Databáze dostupné ke SWATu jsou tvořeny především pro území USA.

Tabulka 1. Zastoupení sklonitostních tříd, půd a využití území ve vstupních datech
Table 1. Composition of slope classes, soils and land use in input data

Tvorba modelu

Jako vstupní výškopisná data byl použit digitální model reliéfu 4. generace (DMR 4G) poskytovaný ČÚZK. Podle sklonitosti bylo povodí rozděleno na třídy 0–7°, 7–17° a nad 17°. Data o půdách byla odvozena především z komplexního průzkumu zemědělských půd provedeného v 60. letech minulého století. Rozložení půdních subtypů bylo převzato z půdních map a vlastnosti týkající se hloubek horizontů, zrnitosti, obsahu organické hmoty byly převzaty z výběrových sond vztahujících se k danému hospodářskému obvodu [2] a hodnoty pro lesní půdy byly převzaty z typologických půdních sond od ÚHUL. Hydropedologické vlastnosti, jako je nasycená hydraulická vodivost, byly odhadnuty podle pedotransferových funkcí [3]. Typ krajinného pokryvu byl odvozen interpretací ortofota pro dosažení lepšího rozlišení, než které poskytuje jinak hojně užívaná databáze Corine Land Cover, a management zemědělských ploch byl zjištěn na základě konzultace s agronomem podniku Beskyd Agro a. s., který hospodaří na značné ploše v povodí. Vstupní denní meteorologická data pochází z nejbližších měřicích stanic v rámci sítě ČHMÚ. Hodnoty min. a max. teplot, úhrnů záření, relativní vzdušné vlhkosti a rychlosti větru pochází ze stanice v Mošnově. Hodnoty úhrnů srážek pochází ze čtyř srážkoměrných stanic.

Obr. 2. Půdní typy, využití území a členění na subpovodí
Fig. 2. Soil types, land use and subbasins delineation

Samotná diskretizace povodí na subpovodí a HRU proběhla v prostředí programu Quantum GIS s využitím zásuvného modulu QSWAT [4]. Celkově bylo povodí rozděleno na 21 subpovodí a 1 102 HRU.

Jak je patrné z tabulky 1, využití území povodí je spojeno především se zemědělskými plochami a lesy. Orná půda je situována především na luvizemích, hnědozemích a pseudoglejích. Mezi nejvíce pěstované plodiny zde patří řepka, kukuřice, ozimá pšenice a ozimý ječmen. Na kambizemích pak převládá využití jako travní porosty, nejčastěji louky a v menší míře pastviny a ve vyšších polohách lesy. Plošné rozložení zobrazují mapy na obr. 2.

Kalibrace modelu

Pro kalibraci vybraných parametrů byly výsledky simulací průtoků porovnány s měřenými řadami z vodoměrné stanice v obci Palkovice (poskytuje ČHMÚ) a z bilančních přítoků do VD Olešná (poskytuje státní podnik Povodí Odry) v denních a měsíčních průměrných hodnotách. Užití těchto dvou typů dat vnáší do kalibrace parametrů odlišnou nejistou vzhledem k rozdílnému původu (průtoky ČHMÚ podle vodních stavů přepočteny přes měrné křivky, Povodí Odry pak podle bilance mezi odtokem a kolísáním vody v nádrži). Pro kalibraci modelu bylo zvoleno období mezi roky 2007 a 2011 a pro validaci modelu, tedy ověření výkonnosti modelu na časové řadě meteorologických dat, období 2012 až 2015. Zvolené vstupní parametry byly adjustovány automaticky algoritmem SUFI-2 (Sequential Uncertainty Fitting) implementovaným v programu SWAT-CUP [5]. Změna parametrů byla umožněna buď úplnou změnou hodnoty, což se týká hlavně konstant, nebo relativní změnou. Hodnoty změn jsou v rámci algoritmu vzorkovány metodou latinských čtverců. Jako objektivní funkce byl zvolen nejrozšířenější vzorec v hydrologii Nash-Sutcliffe efficiency NSE (rovnice (2)) pro porovnání výsledků simulací a pozorovaných dat.

KdeQsimjesimulovaný průtok,
Qobs pozorovaný průtok.

 

Výsledky a diskuse

Cílem studie bylo na základě měřených průtokových řad provést kalibraci a validaci modelu, a tím prověřit funkčnost modelu SWAT na příkladu povodí VN Olešná.

Byla provedena automatická kalibrace vybraných důležitých parametrů, na něž jsou výstupy modelů citlivé. Jejich hodnoty ukazuje tabulka 2. Velký vliv zde mají parametry spojené se základním odtokem s hodnotami odpovídajícími povodím s rychlou odezvou, což odpovídá předpokladu na základě převládajícího karpatského flyše v geologickém podloží [6]. Potřeba snížit hodnoty odtokových křivek může být částečně způsobena přítomností plošných odvodňovacích staveb, které snižují pravděpodobnost vzniku povrchového odtoku. Přítomnost takovýchto staveb lze do modelu zahrnout, nicméně nejsou k dispozici příliš podrobné informace o jejich umístění a parametrech.

Tabulka 2. Kalibrované hodnoty parametrů modelu
Table 2. Calibrated model parameters values

V hodnocení modelu při kalibraci model simuluje průtoky v denním kroku s větší úspěšností po stanici v Palkovicích, přičemž v měsíčním kroku se tento rozdíl smazává (tabulka 3). Hodnota NSE je poměrně citlivá na shodu při velkých průtocích, které se v denním kroku při vstupu denních úhrnů srážek obtížně predikují, především právě na menších povodích. Nejvíc je tento problém patrný pro květen roku 2010 s výskytem přibližně pětiletého průtoku, kde dochází k největšímu podhodnocování, a to dokonce o více než 50 %. V denním kroku je ve SWATu použita metoda odtokových křivek, která nemůže bez zohlednění intenzity srážek mnohdy adekvátně vypočíst výšku infiltrace [7]. Toto negativum se přestává projevovat s rostoucí plochou povodí.

Tabulka 3. Hodnoty NSE pro období kalibrace a validace
Table 3. NSE values for calibration and validation

I po shlazení do měsíčního kroku zůstává část neshody, která souvisí především se zimními a jarními měsíci (obr. 3). Model zde tedy hůře předpovídá procesy spojené s tvorbou sněhové pokrývky a následným odtáváním. Přesto se citlivost změny parametrů spojených s procesy ohledně sněhu na změny hodnot NSE neukázala jako významná. Větší vliv na NSE má srovnání vysokých průtoků v letních měsících, které dosahují vyšších kulminačních hodnot. V rámci doporučených kritérií pro hodnocení na základě NSE lze konstatovat, že model produkuje velmi dobré výsledky [8]. Pravděpodobně bude potřeba pro objektivní funkci zvolit jiný vztah než tradiční NSE, který je citlivější i k nižším hodnotám průtoků, např. Kling-Gupta efficiency (KGE) [9], což je hodnota vycházející z rozkladu NSE, nebo hledat optimum napříč více mírami výkonnosti. Nejkorektnějším řešením je pak užití tzv. ekvifinálních modelů, tedy nepoužívat model s jednou konkrétní sadou parametrů, ale se všemi, které produkují rozumné výsledky.

Obr. 3. Porovnání simulovaných a pozorovaných měsíčních průtoků
Fig. 3. Comparison of simulated and observed monthly flows

Závěr

Model SWAT, který je vyvíjen v USA, již získal popularitu napříč světem, přesto je v České republice jeho užití ojedinělé. Jeho užití je limitováno často špatnou dostupností vstupních dat o vlastnostech půd a managementu území. Na příkladu povodí k VD Olešná byl proveden sběr potřebných dat na základě dostupných zdrojů a bylo provedeno ověření výkonnosti modelu v předpovědi průtoků po kalibraci modelu. Výstupy v denním kroku se ukázaly jako problematické především při intenzivnějších srážkových událostech, u kterých nelze adekvátně vypočíst proces infiltrace, který v případě menších povodí nabývá na významnosti. V rámci validace oproti kalibraci pak výkonnost ještě klesá. Výsledky simulací v měsíčním kroku vycházejí velmi dobře konzistentně i v rámci validace.

Model bude dále kalibrován hlavně pro zpřesnění procesů spojených se sněhovou pokrývkou adjustací relevantních parametrů tak, aby i v denním kroku adekvátně predikoval hydrologickou bilanci. Následně bude provedena kalibrace a validace procesů spojených se živinami podle měřených dat koncentrací dusičnanového dusíku a celkového fosforu, pouze v měsíčním kroku (malá frekvence měření), což představuje další výzvu, hlavně pro další zpřesňování managementu povodí. Takovýto model dále poslouží k prognóze dopadu potenciálních klimatických změn a efektivity adaptačních opatření.

Poděkování

Příspěvek vznikl za podpory interního projektu Ostravské univerzity SGS05/PřF/2017-2018 Poznání vývoje a současného stavu krajiny Západních Karpat a východo-sudetských pohoří s ohledem na činnost člověka a současných přírodních hazardů.

Posted by & filed under Hydraulika, hydrologie a hydrogeologie, Hydrochemie, radioekologie, mikrobiologie, hydrobiologie, Ze světa vodního hospodářství.

Souhrn

V současnosti jsou hlavními zdroji tritia v životním prostředí přetrvávající dopady atmosférických testů jaderných zbraní v minulém století, tritium vypouštěné jadernými zařízeními a jeho přirozená produkce v atmosféře. Díky jeho všeobecné přítomnosti a příznivým vlastnostem je tritium ve formě HTO využíváno jako stopovač v podzemních a povrchových vodách. Od ukončení atmosférických jaderných testů obsah tritia ve srážkách klesá a postupně se blíží přirozeným koncentracím pod 1 Bq/l. V této souvislosti je třeba citlivé metody stanovení. Článek popisuje vývoj objemové aktivity tritia v povodí Labe v lokalitách bez přímého vlivu antropogenních emisí tritia v období 2001–2017. Vyhodnocené úrovně jsou výchozím podkladem pro využití tritia jako stopovače, např. v oblasti hydrogeologického modelování.

Úvod

Tritium (3H) je radioaktivní izotop vodíku s poločasem přeměny 12,32 r, resp. 4 500 ± 8 d [1], který se přirozeně vyskytuje v množství 1 atom na 1018 atomů vodíku. Tritium přirozeně vzniká jadernými reakcemi vyvolanými kosmickým zářením v horních vrstvách atmosféry, patří mezi tzv. kosmogenní radionuklidy [2]. Roční kosmogenní produkce tritia je odhadována na 72 PBq/r (72∙1015 Bq), což odpovídá přirozenému konstantnímu výskytu tritia v atmosféře přibližně 1 275 PBq [3]. Přirozená úroveň tritia ve srážkách v oblasti střední Evropy je odhadována na 5 TU [4]. Tritiové jednotky (TU) jsou odvozeny z přirozené koncentrace tritia. Pro převod hodnot uvedených v TU platí vztah 1 TU = 0,11919 ± 0,00021 Bq/kg [5]; 5 TU je tedy přibližně 0,6 Bq/l. Hanslík [6] na základě dřívějších odhadů uvádí pro přirozenou úroveň tritia ve srážkách hodnotu 0,38 Bq/l.

Uměle je produkováno tritium zejména v důsledku využívání jaderné energie ať už pro mírové, nebo vojenské účely. V jaderném reaktoru vzniká tritium při štěpných procesech (ternární štěpení) a aktivačních procesech v konstrukčních materiálech, chladivu a moderátoru. Doposud největším zdrojem tritia v atmosféře, který je stále měřitelný, však byly testy jaderných zbraní v padesátých a šedesátých letech minulého století. Množství tritia uvolněného v průběhu testů do atmosféry se odhaduje na 186 EBq (186∙1018 Bq) [3]. Většina testů probíhala na severní polokouli. Jen asi 5 % uvolněného tritia se vlivem stratosférické cirkulace dostalo na jižní polokouli [7]. Objemová aktivita tritia ve srážkách v době kulminace atmosférických testů byla na severní polokouli přibližně 600 Bq/l [4]. Od zákazu atmosférických jaderných testů v roce 1963 dochází k postupnému poklesu globální úrovně tritia v životním prostředí. Z uváděných dat [3] můžeme odhadnout příspěvek tritia z jaderných testů v globálním inventáři pro rok 2016 na 9,6 EBq, po roce 2050 bude příspěvek srovnatelný s množstvím tritia přirozeného původu (1,3 EBq). Ve srovnání s atmosférickými testy jaderných zbraní jsou ostatní antropogenní zdroje tritia v globálním měřítku minoritní a mají spíše lokální význam [8]. Například Unscear uvádí roční celosvětovou výpust tritia do ovzduší v devadesátých letech na úrovni jednotek PTBq (1015 Bq) a celosvětovou roční výpust do vodotečí na úrovni 10 PTBq [3].

Tritium přirozeného původu i původem z jaderných testů se v atmosféře vyskytuje dominantně ve formě HTO. K zemskému povrchu se dostává nejvíce během jara a léta. Je to způsobeno jarním zeslabením tropopauzy, kdy dochází k průniku stratosférického vzduchu do troposféry. Tomu odpovídá i cyklický průběh koncentrací tritia ve srážkách. Na severní polokouli se jedná o zvýšené hodnoty v období jaro–léto a nejnižší v zimě [9].

Vzhledem k výše uvedeným skutečnostem je tritium v chemické formě HTO využíváno jako stopovač pro podzemní a povrchové vody. Například pro modelování transportu polutantů v toku pod jadernou elektrárnou [10, 11], v podzemních vodách [12, 13], také se používá k určování stáří a původu podzemních vod. Pro všechny tyto účely je základním předpokladem přesné stanovení nízkých objemových aktivit tritia.

Objemová aktivita tritia ve srážkách je závislá především na zeměpisné šířce a vzdálenosti lokality od oceánu. Současná úroveň aktivity tritia ve srážkových vodách ve středním zeměpisném pásmu severní polokoule v kontinentálních podmínkách je přibližně 1 Bq/l. V podzemních vodách jsou ojediněle zjišťovány vyšší koncentrace až několik Bq/l původem ze srážek v období jaderných testů. Na jižní polokouli je to z důvodu omezené výměny vzduchu přes rovníkové pásmo v době vrcholících testů jaderných zbraní méně, přibližně 0,1–0,5 Bq/l [14].

Pro Českou republiku nebylo publikováno mnoho souhrnných údajů o objemových aktivitách tritia v životním prostředí, které by byly využitelné pro výše uvedené modely. Existuje celosvětová síť, která zveřejňuje údaje o izotopech včetně tritia ve srážkách a povrchových vodách (Global Network of Isotopes in Precipitation and Rivers, GNIP, resp. GNIR) [15, 16], kterou zajišťuje Mezinárodní atomová agentura se sídlem ve Vídni. Do této sítě přispěla údaji z České republiky pouze jedna stanice srážkových a povrchových vod (stanice Uhlířská v Jizerských horách), a to za období 2006–2010, resp. 2006–2012. Údaje o objemové aktivitě tritia ve srážkách a povrchových vodách na území České republiky v lokalitách přímo neovlivněných provozem jaderných elektráren v předešlém období publikovali například autoři viz [6, 17–19].

Tento příspěvek se zaměřil na vývoj aktivit tritia ve srážkách a povrchových vodách bez přímého vlivu jaderných zařízení v Čechách, resp. v povodí Vltavy a Labe. Hlavním cílem bylo vyhodnotit aktuální úroveň aktivity tohoto radionuklidu. Stanovení tritia bylo prováděno podle ČSN EN 9698 [20], od roku 2010 byly vzorky předupravovány elektrolytickým nabohacením.

Tabulka 1. Základní charakteristika odběrových míst
Table 1. Characteristics of sampling sites

Metodika

Vzorky srážek byly odebírány jedenkrát měsíčně (směsný měsíční vzorek) v lokalitách Praha-Podbaba, Kocelovice, Přimda, Lužnice nad Lužnicí, Závišín, podrobnosti jsou uvedeny v tabulce 1. Vzorky povrchových vod byly odebírány jedenkrát měsíčně v profilech Vltava-Hluboká a Labe-Lysá a čtvrtletně v profilech Vltava-Hněvkovice, Lužnice-Koloděje a Otava-Topělec v období 2002–2017 (tabulka 1, obr. 1).

Tritium bylo stanoveno podle ČSN EN 9698 [20]. Vzorky byly předupraveny destilací a měřeny v přístroji Quantulus 1 220, od roku 2010 byly vzorky nejprve elektrolyticky nabohaceny (výchozí objem vzorku 0,5 l). Měřena byla směs 8 ml vzorku a 12 ml scintilačního koktejlu Ultima Gold LLT. K omezení chemiluminiscence byl vzorek před měřením uchováván 12 hodin v temnu. Doba měření byla 800 minut, v případě nabohacených vzorků 300 minut. Ke kalibraci byl použit certifikovaný referenční materiál od ČMI. Jako slepý vzorek byla použita artézská voda z dlouhodobě sledovaného zdroje s aktivitou menší než 0,07 Bq/l. Nejistota měření a nejmenší detekovatelná aktivita (cND) na hladině významnosti 95 % byla vyjádřena podle ČSN 75 7600 [21]. U vzorků bez elektrolytického nabohacení byla cND cca 1 Bq/l, pro vzorky nabohacené 0,07 Bq/l.

Hodnoty menší než cND byly do dalšího zpracování zahrnuty na úrovni cND. Průměrné hodnoty tritia ve srážkách byly vážené množstvím srážek na konkrétní stanici.

Pro popis poklesu objemových aktivit tritia byla použita rovnice prvního řádu:

kde cjjeroční průměrná objemová aktivita tritia v povrchové vodě nebo srážkách v roce j (Bq/l),
λefefektivní (pozorovaná) konstanta ubývání (1/r),
tdoba sledování.

Statistická významnost závislosti byla ověřena pomocí Pearsonova koeficientu. S použitím efektivní konstanty byl vypočten pozorovaný poločas poklesu aktivity Tef (r) [22]:

Pro zjištění sezonních změn tritia ve srážkách byly vypočteny průměrné hodnoty vážené množstvím srážek pro jednotlivá roční období. Pro výpočet byly jako jaro vzaty měsíce březen–květen, léto červen–srpen, podzim září–listopad a zima měsíce prosinec až únor [23].

Výsledky a diskuse

Vývoj objemové aktivity tritia v povrchové vodě vyhodnocené jako průměr z profilů neovlivněných přímými výpustmi jaderného zařízení je zachycen na obr. 2. Na obrázku jsou data porovnána s výsledky pro české území publikovanými dříve a dále s profily uvedenými v databázi GNIR. Jednak byly použity profily v Německu, které svojí geografickou polohou a klimatickými podmínkami odpovídají našim podmínkám, a dále výsledky z jediné české stanice zapojené v GNIR.

Vyhodnocené roční průměrné objemové aktivity v povrchové vodě v hodnoceném území byly v období 2002–2017 v rozmezí 0,87–1,43 Bq/l.

Obr. 1. Mapa odběrových míst vzorků v povodí Vltavy a Labe
Fig. 1. Map of sampling sites

Vývoj vážených ročních průměrných objemových aktivit tritia ve srážkách v české části povodí Labe je uveden na obr. 3. V grafu je uvedeno i srovnání s výsledky publikovanými dříve pro české území a s daty uvedenými v GNIP. Vyhodnocené vážené roční průměrné aktivity v hodnoceném období 2001–2017 byly v rozmezí 0,94–1,38 Bq/l.

Pozorované roční průměrné objemové aktivity tritia ve srážkách a povrchové vodě jsou přibližně 1 Bq/l a jsou srovnatelné s výsledky uváděnými v databázích GNIR a GNIP pro stanice ve srovnatelných geografických podmínkách (severní polokoule, střední zeměpisná šířka, kontinentální charakter). Tyto aktivity jsou stále vyšší, než je úroveň tritia odpovídající přirozenému pozadí tritia a než aktivity pozorované na jižní polokouli, kde se úroveň tritia dostala přibližně na úroveň charakteristickou pro období před jadernými testy [7, 14, 24].

Obr. 2. Vývoj objemových aktivit tritia v povrchových vodách na území povodí Labe ve srovnání s dříve publikovanými výsledky pro ČR a s daty uvedenými v GNIR (Německo, ČR)
Fig. 2. Comparison of tritium concentrations in surface water in Elbe River Basin with data from GNIR and previously published data for the Czech Republic

S použitím rovnice (1) byl hodnocen trend poklesu ročních průměrných objemových aktivit tritia v povrchových vodách i srážkách. V případě povrchových vod byl pro období 2001–2017 nalezen statisticky významný trend poklesu, ovšem s poločasem vypočteným podle rovnice (2) 28,3 ± 9,0 let, což je hodnota významně vyšší, než je poločas přeměny tritia 12,32 let [1]. Důvodem mohou být současné zdroje tritia: a) antropogenní, zejména jaderné elektrárny v ČR a v zahraničí (ze kterých se k nám dostává atmosférickým přenosem), b) přirozená produkce tohoto radionuklidu. Korekce pro výpočet poločasu poklesu aktivity (odpovídající hodnotě objemové aktivity pro stabilní přísun tritia z těchto zdrojů) byla odhadnuta na základě publikovaných údajů. Podle autorů publikace [5] činila tato hodnota 0,48 Bq/l (0,38 Bq/l odhadovaná aktivita odpovídající přirozené produkci a 0,1 Bq/l aktivita odpovídající přenosu tritia z jaderných elektráren), podle údajů z publikace [4] byla použita hodnota 0,6 Bq/l (autoři uvádí pro odhad odpovídající pouze přirozené produkci). Vypočtené hodnoty efektivních poločasů poklesu aktivity pak byly 15,9 ± 4,8 let podle [6] a 12,7 ± 3,7 let podle [4], jak je uvedeno v tabulce 2. S přihlédnutím k nejistotám vypočtených poločasů jde v obou případech o hodnoty odpovídající přibližně poločasu přeměny tritia. Pro území České republiky se jeví jako přesnější odhad vycházející z rovnovážné hodnoty objemové aktivity 0,6 Bq/l, jelikož je zatížen menší nejistotou. Z výpočtu vyplývá, že příspěvek jaderných elektráren na našem území je velmi malý a v rámci nejistot jej můžeme zanedbat. V budoucnu ovšem s rozvíjející se světovou jadernou energetikou a dalším poklesem „bombového“ tritia může jeho význam narůst.

Obr. 3. Vývoj objemových aktivit tritia ve srážkách na území povodí Labe ve srovnání s dříve publikovanými výsledky pro ČR a s daty uvedenými v GNIP (Německo, Rakousko, ČR)
Fig. 3. Comparison of tritium concentrations in precipitation in Elbe River Basin with data from GNIP and previously published data for the Czech Republic

Obdobně byl analyzován trend poklesu objemových aktivit tritia ve srážkách. V období po roce 2002 nebyl pozorován statisticky významný trend poklesu objemových aktivit tritia ve srážkách ani při analýze korigovaných hodnot jak postupem podle [6], tak i [4], který byl pozorován v předchozích obdobích (obr. 23), v České republice ještě v devadesátých letech [6].

Dále byla hodnocena sezonní variabilita tritia ve srážkách v období 2010–2017, kdy byly vzorky ze stanic Praha-Podbaba, Kocelovice a Lužnice (sledování ukončeno 2012) elektrolyticky nabohaceny. Průběh objemových aktivit na těchto stanicích je uveden na obr. 4. U 85 % zjištěných hodnot bylo rozmezí 0,5–1,5 Bq/l, jen asi 4 % z celkového počtu hodnot přesáhlo 2 Bq/l (přesná příčina odlehlých hodnot nebyla zkoumána).

Obr. 4. Vývoj objemové aktivity tritia ve srážkách na vybraných profilech v období 2010–2017
Fig. 4. Tritium concentrations in precipitation from selected monitoring sites in the period 2010–2017

Byly hodnoceny průměrné hodnoty objemových aktivit (vážené srážkovými úhrny) pro jednotlivá roční období, které jsou zobrazeny na obr. 5. Vyšší průměrné hodnoty byly pozorovány v jarním a letním období, nejnižší v zimě. Sezonní variabilita tritia ve srážkách souvisí s pohyby vzdušných mas, kdy v důsledku ohřevu kontinentů dochází k vzestupu tropopauzy nejvíce v jarním období a k průniku stratosférického vzduchu s vyšším obsahem tritia k zemskému povrchu [25].

Tabulka 2. Vypočtené efektivní poločasy (bez a s korekcí o příspěvek tritia přirozeného původu, případně přenosem z jaderných zařízení jinde ve světě)
Table 2. Evaluated effective half-lives of tritium concentration decrease in surface water (without and with correction for the natural component and the contribution from nuclear facilities worldwide) in the period 2002–2017

Závěr

S využitím citlivého stanovení včetně elektrolytického nabohacení je možné stanovit velmi nízké objemové aktivity tritia, které mají široké uplatnění např. v oblasti hydrogeologického modelování. Zpřesnění hodnot aktivity tritia přispělo i k redukci rozptylů pozorovaných hodnot objemových aktivit.

Obr. 5. Průměrné hodnoty (vážené) objemových aktivit tritia ve srážkách pro jednotlivá roční období v období 2010–2017
Fig. 5. Seasonal average tritium concentrations weighted by quantity of precipitation for the period 2010–2017

Hlavním cílem příspěvku bylo vyhodnotit aktuální úroveň tritia ve srážkách a povrchové vodě na území povodí Labe na profilech přímo neovlivněných výpustmi z jaderných zařízení (především JE Temelín a ÚJV Řež). Zjištěné objemové aktivity na úrovni přibližně 1 Bq/l odpovídají geografickým podmínkám. Tyto aktivity jsou stále vyšší, než je přirozená úroveň, ale příspěvek tritia ze současných zdrojů začíná převažovat nad tritiem pocházejícím z jaderných testů. Po roce 2001 už není patrný další pokles aktivity tritia ve srážkách tak, jak tomu bylo v předešlém období.

Posted by & filed under Aplikovaná ekologie.

Souhrn

Vodárenská nádrž Opatovice je významným zdrojem pitné vody pro okresní město Vyškov na jižní Moravě severovýchodně od Brna. Po částečném snížení hladiny v roce 2012 a po významném snížení v roce 2017 byly zaznamenány znatelné změny v chemismu i v biologii nádrže. Došlo ke zhoršení kyslíkového režimu, zvýšení koncentrace některých látek a hlavně k tvorbě poměrně intenzivního vodního květu v pozdně letním období. Zvláště nepříjemný je rozvoj problematického rodu Microcystis.

Úvod

Nádrž Opatovice zatím patřila k poměrně kvalitním jihomoravským zdrojům pitné vody. Podle projevů eutrofizace ji bylo možno označit jako mezotrofní až slabě eutrofní. Masový sinicový vodní květ se sporadicky několikrát vyskytl počátkem 90. let, posledních minimálně 10 let tvořily sinice pouze menší část biomasy fytoplanktonu a hodnoty chlorofylu a většinou nepřesahovaly 20 µg/l.

Do roku 2012 se výška hladiny pohybovala kolem kóty 333 m n. m. Po zjištění skutečnosti, že jílové jádro hráze sesychá a klesá, byla v roce 2012 z bezpečnostních důvodů snížena hladina zhruba o dva metry pod kótu 331 m n. m. Na jaře 2017 byla hladina snížena ještě více kvůli rekonstrukci hráze až na kótu 319 m n. m., což je o 14 metrů proti původnímu stavu. Celkový objem zadržené vody poklesl z přibližně 9 mil. m3 na hodnoty kolem 300 000m3!

Poněvadž jsou takovéto zásahy provázeny většinou negativními změnami v chemismu i biologii, byly vyhodnoceny změny v okysličení, teplotě, složení živin i některých kovů a také změny biologické, u kterých jsme se zaměřili mimo změn kvantitativních zvláště na složení fytoplanktonu a přítomnost nebo absenci a případný rozsah vodního sinicového květu.

Parametry a charakteristika nádrže

Nádrž se nachází na říčce Malá Haná v blízkosti okresního města Vyškov v Jihomoravském kraji. Jejím hlavním účelem je akumulace vody pro skupinový vodovod Vyškov a Bučovice, dále zajištění minimálního průtoku a snížení průtoků povodňových. Vodní nádrž Opatovice má celkovou délku 2,3 km, maximální hloubku 33 m, zásobní objem 7,784 mil. m3 a celkový objem 9,867 mil. m3. Zatopená plocha je 70,51 ha a plocha nevelkého a poměrně zalesněného povodí je 43,24 km2. V povodí jsou významně zastoupeny listnaté dřeviny. Průměrný roční průtok je 0,190 m3∙s-1. Jedná se o vodárenskou přehradu s nejvíce dendritickým charakterem (tzn. vnější členitostí) v celém povodí Moravy. Nádrž byla uvedena do provozu v roce 1972.

Metodika

Biologické i chemické odběry v nádrži jsou dlouhodobě prováděny na nejhlubší svislici v přehradě naproti vodárenskému odběru 7× ročně v průběhu etační sezony, chemické odběry také na přítoku v ústí říčky Malá Haná. Pomocí multiparametrické sondy YSI byly in situ proměřovány následující parametry: teplota, pH, vodivost a koncentrace O2. Průhlednost je dlouhodobě měřena hrázným 1–2× týdně. Chemické analýzy provedla laboratoř Povodí Moravy. Celkový fosfor byl stanovován metodou ICP-MS, chlorofyl a metodou YSI 10260 (etanolovou extrakcí), řasy a sinice byly počítány v sedimentačních komůrkách v mikroskopu Leica DM-IL, přesnější determinace byla prováděna na mikroskopu Olympus BX-60 [1–3]. Byly proměřeny hlavní dominanty fytoplanktonu a pro výpočet objemové biomasy byl použit program FYTO–HBU.

Obr. 1. Obsah celkového manganu v surové vodě odebírané z VN Opatovice na úpravnu vody
Fig. 1. The content of total manganese in raw water taken from the Opatovice Water Reservoir on the water treatment plant

Odběr směsného vzorku byl prováděn smícháním vzorků vody v hloubkách 0–4 m po 0,5 m. Odběr surové vody byl prováděn z kohoutu odběrného potrubí, které přivádí vodu na úpravnu vody.

Výsledky

Vývoj fyzikálně-chemických podmínek v nádrži

V teplotních a kyslíkových zonacích se projevil výrazněji až rok 2017, kdy se objevila velmi brzy výrazná anoxie u dna v profilu u hráze. Ve vodním sloupci redukovaném na výšku 22 metrů z původních 33 m byl už v červnu obsah rozpuštěného kyslíku pod 1 mg/l ve vrstvě 10 m nade dnem. Takto silný pokles kyslíku v hypolimniu nebyl dosud na nádrži zachycen (obr. 2). V důsledku toho výrazně vzrostly koncentrace manganu v celém vodním sloupci, zejména však v odebírané surové vodě (obr. 1). Spolu s manganem v surové vodě výrazně vzrostla i koncentrace železa a amoniaku (obr. 3).

Obr. 2. Dlouhodobá stratifi kace rozpuštěného kyslíku ve VN Opatovice
Fig. 2. Long-term stratification of dissolved oxygen in the Opatovice Water Reservoir

Z grafů je patrné, že uvedené parametry naměřené v surové nebyly výrazně ovlivněny poklesem v roce 2012, ale pozorovatelné změny nastaly až v roce 2017. Na odtoku z nádrže (obr. 4) však už jsou patrné, ne však průkazné (na rozdíl od koncentrací v surové vodě), i změny tohoto prvního upuštění o cca 2 metry. Odběrný objekt je totiž situovaný výše než objekt výpustní, ve vodě odtékající spodní výpustí se tedy projeví anoxie v nádrži silněji a dříve. V parametru N-NH4 byl dokonce nárůst v roce 2012 větší než v roce 2017. Na rozdíl od surové vody jsou ve vodě odtékající spodní výpustí vidět i předchozí výkyvy, které byly způsobeny zřejmě po snížení hladiny v letech 2002 a 2003. Nádrž reaguje velmi citlivě na období s výrazněji sníženou hladinou.

Obr. 3. Obsah celkového železa (nahoře) a N-NH4 (dole) v surové vodě
Fig. 3. Total iron content (above) and N-NH4 (down) in raw water

V surové vodě i ve vodě odtékající spodní výpustí byly roky 2003, 2012 a 2017 extrémní nízkými koncentracemi dusičnanů (obr. 5). Zejména rok 2017 byl v tomto ohledu mimořádný, došlo prakticky k vyčerpání veškerých dusičnanů v hypolimniu.

Jak předchozí mírné snížení v roce 2012 (a pravděpodobně i v roce 2002), tak zejména odpuštění nádrže v roce 2017 mělo tedy výrazný vliv na fyzikální parametry a chemismus nádrže. Toto pozorování je v souladu s podobnými jevy na nádrži Landštejn [4] a Karolinka [5].

Obr. 4. Obsah celkového manganu (nahoře) a N-NH4 (dole) v odtoku z VN Opatovice
Fig. 4. The content of total manganese (above) and N-NH4 (down) in the outflow from the Opatovice Water Reservoir

Vývoj fytoplanktonu

Vývoj fytoplanktonu zde hodnotíme ve třech rozdílných obdobích: I. období před snížením hladiny na jaře 2012, II. období 2012–jaro 2016 a III. období – vegetační sezona 2017.

I. období

V jarních měsících nebyly mezi jednotlivými obdobími výraznější rozdíly, v dubnu obvykle převažovaly drobné cetrické rozsivky (Stephanodiscus parvus), různé skrytěnky nebo penátní rozsivka Asterionella formosa. V květnu téměř výhradně dominovala pro tuto přehradu typická centrická rozsivka Cyclotella balatonis, ve dřívějších determinačních klíčích označována jako Cyclotella radiosa. V červnu se v období „clear water“ objevují první vláknité sinice rodů DolichospermumAphanizomenon, schopné vázat vzdušný dusík. V létě a na podzim dominovaly fytoplanktonu hlavně sinice, nevytvářely však vysokou biomasu a rod Microcystis byl zastoupen pouze přídatně.

Obr. 5. Koncentrace dusičnanového dusíku v surové vodě (dole) a v odtoku z nádrže (nahoře)
Fig. 5. Concentration of nitrate nitrogen in raw water (down) and outflow from tank (above)

II. období

První rozdíly se projevily již v červenci, kdy se v období II. objevuje fytoplankton s převažujícími sinicemi rodu Microcystis. Tento rod preferuje vyšší teplotu a vysokou stabilitu epilimnia [6, 7]. V I. období dříve zpravidla v červenci následoval rozvoj dusík fixujících sinic, které ovšem nedosahovaly vyšší biomasy. V srpnu ve všech třech uvedených obdobích tyto sinice zpravidla dominovaly, ovšem v posledních dvou obdobích docházelo k výraznému zvýšení sinicové biomasy, např. druhu Aphanizomenon flos aquae v roce 2014 nebo Limnococcus limneticus v roce 2016. V letech 2012 se v srpnu rovněž rozvinula populace planktonní rozsivky Fragilaria crotonensis. V září již v tomto období dochází k pravidelnému silnému rozvoji sinic. Výrazný vodní květ byl pozorován zvláště v letech 2013 a 2017 a odpovídal již eutrofní nádrži.

III. období

V roce 2017 byla zjištěna vysoká biomasa sinic rodu Microcystis a současně nejvyšší koncentrace chlorofylu a v pozdně letním období (srpen, září). V srpnu došlo k silnému rozvoji rozsivky Fragilaria crotonensis. Změny v tomto období byly tedy pouze kvantitativní.

Shrnutí a závěr

Snižování hladiny vody v údolních nádržích vede obecně ke změnám chemismu i biologie vody. Tyto změny jsou většinou nepříznivé pro její kvalitu a často vedou k zintenzivnění projevů eutrofizace, případně dokonce ke změně trofického statusu nádrže. V povodí Moravy jsou důsledky takových změn pozorovány zvláště silně a negativně, např. v nádržích Landštejn a Vír. V některých velmi specifických případech může naopak snížení vodní hladiny přispět k uskutečnění opatření, která napomáhají biologickou i chemickou kvalitu vody zvyšovat.

Obr. 6. Koncentrace chlorofylu a ve směsném vzorku u hráze VN Opatovice
Fig. 6. Concentration of chlorophyll a in mixed sample at the dam of Opatovice Water Reservoir

V případě Opatovic došlo ke změnám v chemismu již po prvním menším snížení v roce 2012, k opravdu výrazným změnám však došlo až po započetí opravy hráze a zaklesnutí o dalších téměř deset metrů na jaře 2017. Naproti tomu výrazné zhoršení biologické započalo již po prvním zásahu a v roce 2017 došlo pouze k určitému zhoršení, které se projevilo vyššími koncentracemi chlorofylu a v pozdně letním období. Složení druhů řas a sinic se však od roku 2012 příliš nezměnilo (obr. 6).

Od roku 2012 se několikrát objevil poměrně silný vodní květ, který byl tvořen hlavně druhy Aphanizomenon flos aquae, Microcystis aeruginosa, M. wesenbergii a Woronichinia naegeliana. Tyto sinice vytvářejí rozmanité toxiny a při svém přemnožení mohou navíc působit organoleptické potíže [8].

V roce 2017 došlo hlavně k prohloubení kyslíkových deficitů, zvýšení koncentrace železa, manganu i amoniaku v hypolimniu nádrže, současně ovšem k téměř kompletnímu vyčerpání dusičnanů. K výraznému vzrůstu koncentrace celkového fosforu došlo rovněž v tomto roce, nedošlo však zatím k výrazné biologické odezvě.

Poněvadž hladina přehrady bude snížena ještě minimálně dvě vegetační sezony, je nezbytné bedlivě sledovat biologii i chemismus a v tomto sledování pokračovat i po opětovném napuštění. S nejvyšší pravděpodobností můžeme očekávat další nárůst biomasy fytoplanktonu, jehož významná část bude pravděpodobně tvořena sinicemi.

 

Příspěvek byl publikován ve sborníku Vodárenská biologie 2018, ISBN 978-80-88238-06-5.

Posted by & filed under Ze světa vodního hospodářství.

V dubnu letošního roku se konal v Bruselu mezinárodní workshop zaměřený na posuzování významnosti nepříznivých vlivů plánovaných opatření na užívání nebo širší prostředí silně ovlivněných a umělých vodních útvarů1. Tato problematika souvisí s implementací Rámcové směrnice o vodách 2000/60/ES a harmonizací úrovně dobrého ekologického potenciálu mezi členskými státy EU. Setkání bylo organizováno pracovníky evropské komise, členy Ad Hoc Task Group HYMO a hydromorfologickým týmem pod pracovní skupinou ECOSTAT. Workshopu se účastnilo téměř 50 zástupců členských států EU a EHP a přinesl řadu podnětů pro uchopení této problematiky v podmínkách České republiky.

Přehrada  Rhodopes Mountain v Bulharsku

SAEoU v procesu implementace Rámcové směrnice o vodách

Pojem „významné nepříznivé vlivy na užívání nebo širší prostředí“ (Significant Adverse Effects on Use or the Wider Environment – SAEoU) se v procesu implementace Rámcové směrnice o vodách 2000/60/ES (RSV) objevuje na dvou místech:

  1. při vymezení umělých (AWB) nebo silně ovlivněných vodních útvarů (HMWB) podle článku 4.3 a): Členské státy mohou vymezit útvar povrchové vody jako umělý nebo silně ovlivněný, pokud by změny hydromorfologických vlastností, které by byly nutné k dosažení dobrého ekologického stavu tohoto útvaru, měly výrazně nepříznivé účinky na širší okolí nebo užívání vodního útvaru;
  2. v procesu nastavení maximálního ekologického potenciálu (MEP) pro umělé a silně ovlivněné vodní útvary – maximální ekologický potenciál je definován jako stav vodního útvaru po provedení všech zmírňujících opatření, která nezpůsobují významné nepříznivé ovlivnění užívání nebo širšího okolí daného HMWB nebo AWB. Dobrý ekologický potenciál (GEP), který je cílovým stavem pro všechny silně ovlivněné a umělé vodní útvary, je definován jako takový stav vodního útvaru, kdy jsou biologická společenstva jen mírně odlišná od útvaru v maximálním ekologickém potenciálu. Podrobně je problematika silně ovlivněných a umělých vodních útvarů popsána ve směrném dokumentu WFD CIS Guidance Document No. 4 Identification and Designation of Heavily Modified and Artificial Water Bodies.

Protože nastavení úrovně GEP je v současnosti předmětem harmonizace mezi členskými státy, dostalo se související hodnocení SAEoU do popředí zájmu.

Východiska a cíle workshopu

Potřebu metodického návodu pro hodnocení SAEoU nebo alespoň sdílení příkladů dobré praxe dokládají výsledky reportingu a komunikací mezi členskými státy.

V prvním cyklu plánování uváděla pouze polovina národních plánů povodí popis definice SAEoU jako součást vymezení HMWB. U zbývající poloviny plánů tento popis zcela chyběl, nebo byl nejasný. Hodnocení významnosti vlivu plánovaných opatření na užívání nebo širší prostředí bylo hodnoceno většinou expertním odhadem. Pouze v několika případech plány uváděly konkrétní limity pro významnost ovlivnění užívání. Většinou však byla použita kvantitativní a nikoliv kvalitativní kritéria. Výsledek hodnocení byl často vágní a neprůhledný a nebylo možné srovnání mezi členskými státy.

Nedávno zveřejněná studie o zmírňujících opatřeních pro dosažení GEP v případě vodních nádrží zaměřených na hydroenergetiku ukázala, že jen několik členských států má nastavena kritéria pro určení SAEoU pro tento typ užívání.

Jedním z výsledků CIS workshopu k nastavení GEP v případě hydroenergeticky využívaných vodních nádrží bylo poznání, že mezi členskými státy panují velké rozdíly v limitech pro významnost SAEoU a většina zemí nemá pro stanovení SAEoU standardizovanou metodiku.

Cílem zde popisovaného workshopu byla výměna praktických zkušeností z posuzování SAEoU při vymezování HMWB a stanovení GEP v jednotlivých členských státech. Diskuse byly dále zaměřeny na vyjasnění otázek, které souvisí se stanovením SAEoU. Současně mají vzniknout ze závěrů workshopu podklady pro dodatek k směrnému dokumentu CIS Guidance č. 4.

Příklady za zahraničí

Protože problematika SAEoU není ve většině členských států nijak pevně uchopena, významnou roli na workshopu hrál přenos zkušeností, prezentace řešení a příklady z jednotlivých států. Workshop se zabýval tematikou SAEoU ve čtyřech nejčastějších typech užívání HMWB: vodní nádrže (převážně určené pro hydroenergetiku), protipovodňová ochrana, zemědělské odvodnění a plavba. Podle těchto témat byly též rozdělené diskusní skupiny.

V případě hydroenergetických soustav patřili mezi nejaktivnější zástupci skandinávských států a Rakouska. Účastníci workshopu pocházeli většinou ze státních institucí pracujících v resortu životního prostředí a energetiky. Například norské zkušenosti přednesli v jedné z úvodních prezentací společně T. S. Pedersen z norského Ministerstva klimatu a životního prostředí a H. Hamnaberg z Ministerstva ropného a energetického průmyslu.

V Norsku, pro které je hydroenergetika hlavním zdrojem elektřiny, vyrábějí hydroenergetické soustavy ročně kolem 130 TWh elektrické energie (to je přibližně 1,5 násobek celkové výroby elektřiny v ČR). Výroba podléhá výkyvům podle přírodních podmínek jednotlivých let, meziroční rozdíly dosahují až 60 TWh. Vodní nádrže využívané k hydroenergetice jsou tomuto účelu plně podřízeny. Hloubka vody v těchto nádržích kolísá v průběhu roku o desítky procent. Nejpočetnější jsou v Norsku malé vodní elektrárny s výkonem do 10 MW (přes 80 %), které však dohromady zajišťují méně než 10 % hydroenergetické produkce. Naopak asi 5 % vodních elektráren jsou velké zdroje s výkonem nad 100 MW, které vyrábějí přes 60 % elektrické energie pocházející z vodních zdrojů.

Vodní elektrárna Hunderfossen v Norsku

Hlavním právním nástrojem pro zlepšení podmínek pro vodní ekosystémy ovlivněné hydroenergetikou jsou v Norsku revize podmínek provozování hydroelektráren. To zahrnuje změny manipulačního řádu a udělování licencí k provozu podle standardních právních předpisů a podmínek daných předpisy na ochranu přírody. V plánovacím období 2016–2021 je asi u čtvrtiny vodních elektráren navržena změna podmínek k provozu. Součástí je též revize licencí starých vodních elektráren. Hlavní prioritou ochrany přírody na energeticky využívaných tocích je udržení rybích populací. Dílčími tématy jsou ochrana ohrožených druhů, jako např. perlorodky říční, zachování krajinného rázu a rekreačního využití vodních útvarů.

Poměrně jednoduchým způsobem stanovení SAEoU byla dotazníková akce provedená v roce 2011. Ředitelství hydroenergetických podniků byla dotázána, jaké omezení výkonu hydroelektráren považují za přijatelné ve snaze dosáhnout dostatečného průtoku v ovlivněných vodních tocích („environmental flow“). Výsledkem je seznam prioritních opatření, která mají relativně malý vliv na užívání a poskytují významné zlepšení hydromorfologických podmínek v korytě. V praxi to představuje 387 prioritních vodních útvarů, na kterých jsou plánována opatření zmírňující vlivy hydroenergetiky. Tato opatření způsobí roční ztrátu 1,1–1,7 TWh elektrické energie, což odpovídá přibližně 1–1,5 % celkové roční elektrické produkce vodních elektráren. Výsledky jsou shrnuty do národní metodiky, nicméně v konkrétních případech bylo třeba posoudit místní podmínky, podle autorů prezentace neexistuje univerzální řešení. Z norské zkušenosti vyplývá, že nastavení SAEoU je potřeba provést na národní úrovni, kde do koncepčního rozhodování mohou zasahovat i politická zadání.

Tabulka 1. Kategorizace možných typů ovlivnění provozování plavby na HMWB/AWB a příklady opatření, které je působí; návrh podle prezentace Jan Brooke z Velké Británie je praktickým přístupem, který může být použit i v případě jiných typů užívání

Podobné stanovisko přednesl i zástupce EURELECTRIC (J. Muotka) v tom smyslu, že je třeba posuzovat konkrétní případy jednotlivých HMWB. Ve své prezentaci klasifikoval různé typy ovlivnění výroby elektrické energie a různé úrovně nepříznivého ovlivnění tohoto typu užívání. Hydroelektrárny mohou být ovlivněny zejména třemi způsoby:

  1. snížení celkové výroby,
  2. omezení flexibility (možnost špičkování podle aktuálních potřeb a cen elektřiny),
  3. snížení akumulační kapacity nádrže.

Autor ve své prezentaci navrhl systém klasifikace užitků hydroenergetiky s rozdílným časovým horizontem:

  1. sezonní zabezpečení dodávek elektřiny v obdobích vysoké spotřeby (měsíce),
  2. krátkodobá vysoká spotřeba elektrické energie (1–2 dny během roku),
  3. dodávky elektřiny v období nízkého výkonu větrných a solárních elektráren (den–týdny),
  4. plánování výroby elektřiny podle spotřeby (den–týden),
  5. zajištění rovnováhy spotřeby a výroby elektřiny v rámci dne (den),
  6. stabilizace přenosové soustavy (vteřiny–hodina).

Pokud vodní energie hraje zásadní roli v některé z výše uvedených kategorií, jakékoli zhoršení užívání může být považováno za významný nepříznivý vliv. Energetické strategie jednotlivých států EU se sice liší, ale při hodnocení zmírňujících opatření by každý měl ve svých plánech uvažovat tyto jednotlivé užitky.

Jako příklad přínosného výzkumu na téma SAEoU zmínil rakouský projekt Sustainable River Management (SuREmMa), který řešil efektivitu zmírňujících opatření pro hydroenergetické špičkování a jejich efekt na obchod, energetický systém a ekonomiku. Problematiku nepříznivého ovlivnění flexibility jako důležitého parametru výroby elektřiny dokumentoval autor na případu finské soustavy hydroelektráren na řece Oulujoki (Qa = 250 m3/s). Zvýšení minimálního průtoku z 50 m3/s na 75 m3/s by zde znamenalo ztrátu 50 % flexibility ve výrobě elektřiny. Tato elektrárenská soustava přitom tvoří asi 30 % flexibilní kapacity hydroelektráren ve Finsku.

Další prezentaci přednesl Sebastian Döbbelt-Grüne. Zabývala se německými vodními útvary, jejichž hydromorfologický stav je silně ovlivněn ochranou před povodněmi. Silně ovlivněné vodní útvary tvoří v Německu asi polovinu všech vodních útvarů tekoucích vod. Pro HMWB byla sestavena „typologie“ podle typu vodního toku a způsobu užívání. Pro jednotlivé typy byl navržen seznam možných zmírňujících opatření a k nim přiřazeno hodnocení praktické technické proveditelnosti, která již zahrnovala posouzení úrovně nepříznivého ovlivnění protipovodňové ochrany. Hodnocení vycházelo ze zkušeností s prováděním opatření na vodních tocích a se znalostí příčin, které v určitém typu prostředí brání realizaci navržených opatření (např. nemožnost výkupu pozemků, nedostatek prostoru v nivě…). Přes tento koncepční přístup dospěli autoři k shrnutí, že pro HMWB užívaných pro protipovodňovou ochranu nelze stanovit jednoznačné kvantitativní limity SAEoU. Spíše je třeba posuzovat funkční, kvalitativní kritéria. Hodnocení SAEoU je specifické pro různé typy užívání HMWB a obvykle se liší v různých prostorových měřítkách (místní, národní, mezinárodní).

Přehrada vodní elektrárny a zavlažování

Marc van den Berg popsal stav řešení problematiky SAEoU v Nizozemí. Jako modelový příklad uvedl situaci hráze v zátoce Haringvliet, která se nachází v deltě Rýna. Funkcí hráze je ochrana před záplavami při přílivových extrémech a akumulaci sladké vody. Pro rybí společenstva představuje hráz migrační bariéru oddělující říční deltu od Severního moře. Navržená opatření by hráz migračně zprůchodnila, umožnila částečně slapové jevy, ale vyžadovala by zajištění náhradního zdroje sladké vody s odhadovanými náklady 75 mil. EUR. Odhadovaný vliv opatření na rybí obsádku představuje zlepšení o 0,2 EQR, tedy o jednu třídu standardního pětistupňového hodnocení. Prosazení realizace opatření bylo zcela politickým rozhodnutím, diskuse probíhala s různými výsledky 20 let. V roce 2018 by mělo konečně dojít ke zprůchodnění hráze.

V Nizozemí jsou ve velké míře budovány rybí přechody a místně jsou prováděna opatření pro zvýšení stanovištní diverzity vodních toků. Zda mohou tato opatření způsobit SAEoU, závisí na jejich rozsahu. Hranici významného ovlivnění užívání však nelze stanovit obecně. V Nizozemí jsou SAEoU posuzovány pro konkrétní případy jako výsledek diskuse odborníků, zainteresovaných subjektů, místních samospráv a státních institucí.

Katarina Vartia ze Švédska ve své prezentaci popisovala přístupy ke sladění národních environmentálních cílů pro zemědělství a vodní hospodářství. Oba sektory se navzájem ovlivňují, do řešení vstupují národní politické cíle, jako je např. snaha o zvýšení zemědělské produkce a mezinárodní závazky. Z prezentace vyplynulo, že ve Švédsku není uplatňována žádná stanovená metoda hodnocení SAEoU. Tato problematika je řešena v konkrétních případech jednáním mezi zainteresovanými subjekty.

Jan Brooke představila problematiku významných nepříznivých vlivů na vnitrozemskou plavbu v Anglii. Síť upravených řek a umělých kanálů v Anglii a Walesu je velmi hustá. Dnes jsou vodní cesty využívány především k rekreační plavbě, i když existují i některé krátké úseky komerčně využívané pro dopravu nákladu. Význam rekreační plavby spočívá nejen v lepší kvalitě života rekreantů, ale také v navazujících službách, pracovních místech a provozované infrastruktuře, které jsou lokálně ekonomicky významné. V prezentaci byly představeny kategorie opatření k dosažení GEP, která jsou na splavných tocích používána. Jde například o náhradu tvrdého opevnění břehů přírodě blízkými variantami, ochranu a obnovu historických akvatických stanovišť, podporu členitosti břehové čáry a morfologické rozmanitosti koryta, revitalizace umožňující přirozené procesy v korytě, výstavbu rybích přechodů, změny manipulace a technických parametrů zdymadel a jezů, změny lodního provozu a úpravy plavidel. K dalším typům opatření patří změny strategie prohrábek a jejich vlivu na tvorbu zákalu, obnovu splaveninového režimu, údržbu vegetace a omezování invazních druhů. Následně byly přehledně popsány typy ovlivnění plavby, které mohou být realizací opatření způsobeny. Jde zejména o omezení nebo zákaz plavby, omezení bezpečnosti plavby, změna hydromorfologických procesů, rozpor se zákonnými povinnostmi nebo schválenými plány a cíli, zdroj znečištění nebo mobilizace starých kontaminací. Výsledným návrhem po zapracování podnětů z diskuse je kategorizace možných typů ovlivnění plavby do několika tříd. K těmto kategoriím vlivu byly doplněny příklady opatření, které je působí (tabulka 1). Tato semikvantitativní škála významnosti ovlivnění je pravděpodobně nejpraktičtějším přístupem a může být použita i v ostatních případech užívání.

Silně ovlivněné vodní útvary bývají vymezeny na tocích, které mají více typů užívání. Ve své prezentaci paní Brooke poukázala na běžné případy, kdy opatření navržená pro zmírnění vlivu jednoho typu užívání mají negativní efekt na jiný typ užívání daného vodního útvaru. Příkladem může být odsazení podélných hrází jako opatření zmírňující dopad protipovodňové ochrany. Toto opatření se projeví vyšším zanášením koryta jako výsledek snížených rychlostí proudění při povodních. Je-li toto koryto zároveň využíváno pro plavbu, může toto jinak prospěšné opatření představovat významný nepříznivý vliv na její provozování.

 

Dunaj Hundersingen – revitalizace nesplavného Dunaje v Bádensku-Württembersku mezi sídly Binzwangen a Hundersingen, asi 60 km nad Ulmem; dřívější technická úprava nevyhovovala ekologicky rychlým prováděním povodní a zbytečným odvodňováním nivy vlivem hlubokého koryta – revitalizováno v roce 2012 (autor: Ing. Tomáš Just)

Vlivy opatření na „širší prostředí“

Zvláštním případem jsou nepříznivé vlivy opatření na „širší prostředí“. Tento pojem zahrnuje přírodní prostředí i životní prostor člověka včetně archeologických, kulturních, krajinných a geomorfologických památek a hodnot.

Příklady hodnocení vlivu opatření na širší prostředí popsal Michael Wann ze skotské agentury na ochranu přírody. Ve Velké Británii je vymezeno 240 HMWB z důvodu „širšího prostředí“. Asi padesát HMWB v Anglii uvádí „širší prostředí“ dokonce jako jediný důvod, nemají tedy žádné jiné uznatelné užívání. Ve Skotsku jsou časté vodní nádrže, které jsou vedle své původní funkce zároveň zahrnuty v soustavě NATURA, a to zejména kvůli populacím vodních ptáků.

Smyslem „významného nepříznivého vlivu na širší prostředí“ je zásada, aby opatření pro dosažení GEP ve vodním útvaru nezpůsobovala zhoršení (životního) prostředí jinde. Příkladem mohou být právě území chráněná z důvodu výskytu ohrožených organismů nacházejících se na silně ovlivněných nebo umělých vodních útvarech.

Výsledky práce v diskusních skupinách

Nejpočetněji zastoupenou diskusní skupinou byla tzv. „water storage“, která se zabývala vlivem opatření na hydroenergetické využití vodních nádrží. Zdá se, že v této skupině užívání je stanovení SAEoU nejtěžší, protože do posouzení vstupuje řada technických, ekonomických i politických faktorů výroby, akumulace a regulace dodávek elektrické energie. Příkladem je tzv. špičkování, které je vnímáno jako nejvýznamnější vlastnost hydroenergetiky, protože umožňuje rychlé vyrovnávání výroby a spotřeby elektrické energie. Tato regulační funkce je nezbytná pro stabilitu elektrické přenosové soustavy a nelze ji nahradit regulací jiných zdrojů elektrické energie. Lokální význam vodní energie je jiný než národní a mezinárodní. Orientace výroby na fotovoltaické a větrné zdroje (např. v Německu) vyžaduje zvyšování regulační kapacity hydroelektráren (např. v Norsku). Vodní energie jako obnovitelný zdroj je významná i z důvodu omezování emisí CO2, jehož limity jsou nastaveny mezinárodními dohodami. Omezení výkonu hydroelektráren a jejich nahrazení fosilními zdroji energie by zvýšilo emise CO2 a mohlo by být považováno za významný nepříznivý vliv na širší prostředí.

Navzdory těmto skutečnostem, které komplikují definování SAEoU v obecném a často i v konkrétním případě, padlo v diskusi několik zajímavých čísel. Některé členské státy mají stanovenou hranici významnosti SAEoU. Ve Skotsku je možné provést taková opatření pro dosažení GEP, která dohromady sníží roční národní produkci hydroenergetiky až o 2 %. V Rakousku je tento limit přibližně 3 %, ve Švédsku 2,3 %. V Rumunsku je akceptovatelné snížení produkce u jedné hydroelektrárny o 2 % a o 5 % v případě hydroenergetických soustav. Podle sdělení zástupců Rakouska může snížení výroby elektrické energie v případě jednotlivých hydroelektráren představovat až nižší desítky procent. Tento princip je pravděpodobně aplikován zejména na malých vodních elektrárnách, jejichž příspěvek k celkové produkci je malý, ale v rámci vodních útvarů představují často zásadní vliv. Pro omezení regulační funkce vodních elektráren pravděpodobně nebude možné stanovit žádný obecný limit, protože toto využití je závislé na místních podmínkách a parametrech konkrétní hydroelektrárny. Regulační funkce je zároveň nejcennějším užitkem, který z vodní energetiky plyne. Pravděpodobně žádné omezení není akceptovatelné v případě vlivu opatření na zabezpečení dodávek elektrické energie na národní úrovni.

Revitalizace úseku dolní trati hraniční řeky mezi Bavorskem a Bádenskem-Württemberskem; revitalizační aktivity začaly kolem roku 2010, zde zobrazena dokončená etapa 2014 (autor: Ing. Tomáš Just)

Diskuse též probíhaly ve skupinách zaměřených na užívání typu protipovodňová ochrana, zemědělské odvodnění a plavba. Jednotlivé diskusní skupiny připravily strukturované závěry svých jednání. Většinou byly podrobně specifikovány jednotlivé typy nepříznivého ovlivnění užívání, avšak bylo konstatováno, že stanovení hranice SAEoU je obtížné. Posouzení je závislé na konkrétních podmínkách, liší se na lokální, místní a národní úrovni. Komplikují jej další užívání, protože málokterý silně ovlivněný vodní útvar má jediný účel. Hranice SAEoU je též závislá na politickém rozhodnutí (např. akceptovatelné finanční ztráty, míra povodňového rizika, cíle na snížení emisí skleníkových plynů…). Nicméně souhrny pracovních skupin obsahují výčet okolností, které je třeba vzít při hodnocení SAEoU v úvahu, a jsou tak dobrým podkladem pro koncepční postup. Prezentace jednotlivých pracovních skupin jsou uloženy na portálu CIRCABC (https://circabc.europa.eu) pod následující navigací:

  • European Commission > Environment > WFD CIRCA… zde v položce Library pokračovat na working_groups > ATG Hydromorphology > Meetings and workshops.

V době zveřejnění tohoto příspěvku by zde měla být k dispozici také zpráva sestavená organizátory workshopu.

Povzbuzení na závěr

V České republice není problematika SAEoU nijak koncepčně řešena. Zdá se, že správci vodních toků navrhují intuitivně taková opatření, u kterých je vysoká šance na realizaci, a konflikt s užíváním nehrozí. Ve srovnání s ostatními zeměmi nejsme výjimkou. Z vystoupení mnoha zástupců členských států vyplývalo, že na stanovení SAEoU nemají žádné národní metodiky, a všichni se vyjadřovali ve smyslu, že je třeba volit individuální posouzení. Zdá se, že celý proces harmonizace přístupu členských států k hodnocení SAEoU je na začátku, ale pravděpodobně zůstane u obecných doporučení. Národní metody stanovení SAEoU by měly být velmi obecné a měly by zejména umožnit hodnocení konkrétních případů na různých úrovních a prostorových měřítkách. Pozornost je třeba věnovat řešení konfliktů mezi navrženými opatřeními a různými typy užívání. Celý proces ale musí začínat kvalitním vymezením HMWB, definicí jejich užívání a obsáhlým návrhem zmírňujících opatření.

Poznámky

  1. Plný název workshopu: „Designation of Heavily Modified Water Bodies and definition of Good Ecological Potential under the Water Framework Directive (WFD): Significant adverse effects on use or the wider environment from measures.“ Brusel, 23.–24. 4. 2018.

Posted by & filed under Ze světa vodního hospodářství.

Hydrobiologie je významnou součástí biologie prostředí, která byla vždy neodmyslitelným „živým“ nástrojem při poznávání a hodnocení změn hydrosféry. Vaše hlavní specializace, kterou je aplikovaná algologie (obor biologie, zabývající se studiem řas a sinic, aplikovaný ve vodohospodářské praxi) Vám umožnila pohlédnout do vodního světa obývaného jedinečnými mikroskopickými organismy a jejich znalost Vám umožňovala věnovat se praktickému výzkumu, využívajícímu jejich odezvy na vlivy z vnějšího prostředí. Co Vás přivedlo právě k tomuto oboru, kterému jste se následně věnovala po celou dobu svého působení ve Výzkumném ústavu vodohospodářském T. G. Masaryka, v. v. i. (VÚV TGM)? Jak dlouho jste působila v brněnské pobočce VÚV TGM?

Již od dětských let jsem milovala přírodu a zvláště rostliny, což rozhodlo o volbě směru mého studia. Vystudovala jsem Přírodovědeckou fakultu Masarykovy university (tehdejší University J. E. Purkyně) v Brně – obor biologie-chemie se specializací na fyziologii rostlin. Vzdělávání ve vybraném oboru jsem zakončila v roce 1977 dokončením postgraduálního studia (titul CSc. v oboru biologických věd).

Po krátkodobém působení jako pedagožka na gymnáziu ve Zdounkách u Kroměříže jsem nastoupila v roce 1964 na post výzkumné pracovnice v oboru hydrobiologie v brněnské pobočce Výzkumného ústavu vodohospodářského, Praha (dnes VÚV TGM), kde jsem pracovala celkem 28 let. Po dosažení důchodového věku v roce 1992 jsem si založila malou konzultační firmu BIOTES a v rámci ní jsem s VÚV TGM spolupracovala dalších 25 let. Celkem tedy má aktivní činnost na projektech řešených ve VÚV TGM trvala 53 let.

V době Vaší aktivní činnosti byla hydrobiologie a její návaznost na související obory vodního hospodářství aktivně využívána nejen ve výzkumných oblastech, ale i při řešení technologických problémů. Práce umožňovala setkat se s řadou osobností, z nichž mnozí byli zaměstnanci nebo aktivní spolupracovníci VÚV TGM. S kým z tehdejších pracovníků VÚV TGM se Vám nejlépe spolupracovalo a kdo měl největší vliv na Vaši činnost?

Hned po mém nástupu do VÚV TGM mně byl svými radami velmi nápomocen RNDr. Petr Marvan, CSc., který v té době odešel z VÚV TGM do Botanického ústavu ČSAV, a já jsem nastoupila na jeho místo. Mohla jsem ho podle potřeby navštěvovat na jeho novém pracovišti a využívat jeho bohaté zkušenosti s determinací řas a sinic ve vzorcích ze sledovaných lokalit a s interpretací výsledků. Při řešení úkolů a terénních šetřeních jsme vytvořily velmi dobře fungující tandem s RNDr. Evou Kočkovou. Velkým přínosem pro moji řešitelskou činnost byl až do odchodu do USA tehdejší vedoucí řešitelského týmu Ing. Vladimír Novotný, CSc., a také pan prof. Záviš Cyrus z VÚV TGM v Praze.

Soutok Moravy a Dyje, před rokem 1989 přísně střežené místo, kde jsme odebírali vzorky z rakouské loďky s Rakušany pod dozorem pohraniční stráže

Hydrobiologie patří ve VÚV TGM dodnes k nosným a podporovaným oborům, k jejíž dlouholeté tradici a dobrému jménu přispěla i Vaše práce. Jste dlouholetou členkou České algologické společnosti a České limnologické společnosti. Několik let jste byla aktivní členkou světové vodohospodářské organizace – International Water Association (IWA), odborných skupin „Difúzní znečištění“ a „Využití makrofyt pro čištění odpadních vod“. Na co především byla zaměřena Vaše odborná činnost?

Řešila jsem mnoho výzkumných úkolů, zaměřených především na hydrobiologickou problematiku toků a nádrží, vliv antropogenní činnosti na eutrofizaci nádrží, monitorování eutrofizace včetně návrhů opatření na její snižování, pracovala jsem též jako hydrobioložka ve skupině expertů v rámci Česko-rakouské komise hraničních vod.

V době svého aktivního působení v brněnské pobočce VÚV TGM jsem se v rámci řešených projektů zabývala hlavně posuzováním jakosti povrchových vod na základě složení společenstev volné vody a nárostů (biosestonu a perifytonu) povrchových vod se zaměřením na fytoplankton. Za více než 50 let jsem determinovala v rozsahu potřeb aplikovaného výzkumu, hodnocení jakosti vod a praktických opatření tisíce vzorků biosestonu a perifytonu z různých lokalit – toků i nádrží (Dyje, Morava, Svratka, Jihlava, Oslava a jejich přítoky Fryšávka, Luhačovický potok, Malše, Lužnice aj., nádrží Nové Mlýny, Vír, Hubenov, Dalešice – Mohelno, Orlík, řady rybníků na Jižní Moravě) i různých provozů (Jaderné elektrárny Dukovany a Temelín, z úpraven vod Hubenov, Ludkovice apod.). Aby bylo možno v požadovaných termínech plnit požadavky řešených úkolů při tak velkém množství rozborů, vypracovala jsem ve spolupráci s programátory praktický program pro hodnocení jakosti vod podle složení společenstev biosestonu a perifytonu, který se v průběhu uplynulých cca 30 let postupně doplňoval a zdokonaloval.

Malá bezodtoková přírodní čistírna odpadních vod u chaty v Blansku

Pro biologické hodnocení trofie povrchových vod jsem navrhla v roce 1971 modifikaci laboratorního testu na stanovení potenciální produktivity vody, který byl postupně upřesňován ve spolupráci s dalšími odborníky a byl podkladem pro vypracování jednotné standardní metody stanovení trofického potenciálu vody. Navrhla jsem též klasifikační stupnici pro hodnocení trofie vody podle trofického potenciálu. Touto metodou, založenou na jednorázové kultivaci testovací řasy Scenedesmus quadricauda /TURP./BRÉB. kmen Greifswald/15 za standardizovaných podmínek, bylo ve VÚV TGM v Brně v rámci řešených úkolů vyšetřeno několik tisíc vzorků vod z toků, nádrží a rybníků. Metoda se stala nedílnou součástí biologického hodnocení jakosti povrchových vod v aplikovaném výzkumu, prováděném ve VÚV TGM v Brně a v jiných institucích.

Dále jsem řešila úkoly zaměřené na toxicitu odpadních vod, vliv vypouštění oteplených odpadních vod do toků a nádrží a v posledních letech zejména na přírodní způsoby čištění vody. 

V roce 1986 jste založila odbornou skupinu sdružující odborníky zabývající se problematikou využívání přírodních způsobů pro čištění vody (umělých mokřadů, kořenových čistíren). Zorganizovala jste ve spolupráci s dalšími specialisty řadu odborných konferencí, včetně vydání sborníků, a napsala jste řadu publikací k této problematice, čímž jste přispěla ke vzájemné výměně zkušeností a postupnému zavádění těchto systémů v České republice. Věnovala jste se tomuto tématu i v rámci své firmy? Jakou vidíte perspektivu vegetačního čištění u nás a ve světě?

V rámci firmy jsem prováděla poradenskou činnost pro zájemce o aplikaci přírodních způsobů čištění odpadních vod u soukromých obydlí a rekreačních zařízení, kteří se na mne obraceli po přečtení informací na mých webových stránkách (www.biotes.com), nebo na mne byli odkazováni tazatelé, kteří se o tato řešení zajímali přes Zelený telefon ekologické instituce Veronica. Propagovala jsem vegetační čištění odpadních vod, poněvadž věřím, že je dobrou alternativou ke klasickým čistírnám odpadních vod ve vhodných případech, doporučených odborníky, zvláště pro odlehlé lokality s obtížným nebo nereálným napojením na klasickou čistírnu odpadních vod. Bývají to lokality v horských a podhorských oblastech s vysokou krajinnou hodnotou. Navštívili jsme s manželem mnoho dobře fungujících přírodních čistíren odpadních vod u nás, v Rakousku, Švédsku, Německu a v jiných zemích, proto věřím v budoucnost zavádění těchto systémů v naší republice. V posledních letech se už podařilo díky šíření pozitivních referencí spolu s dalšími specialisty zlomit počáteční nedůvěru vodohospodářských úřadů k rozumnému zavádění těchto systémů a daří se jich u nás budovat stále více.

Společný odběr vzorků na Dyji s Rakušany

V rámci své profesní dráhy jste publikovala přes 100 odborných publikací, přednášela na konferencích u nás i v zahraničí, organizovala množství odborných akcí. Jak se Vám dařilo skloubit tak bohatou odbornou činnost s rodinou a výchovou tří dětí?

Někdy to bylo opravdu náročné – nechtěla jsem ošidit ani práci, ani rodinu. Naštěstí jsem měla velkou oporu v mém manželovi a babičkách – hlavně mé tchyni Štěpánce.

Jak se vám líbila spolupráce na projektu Zatopené kulturní a přírodní dědictví jižní Moravy?

Jsem velmi ráda, že jsem mohla ke konci mé odborné činnosti spolupracovat na tak zajímavém projektu, který přinesl mnoho nových poznatků o oblastech, zatopených významnými moravskými nádržemi – soustavou nádrží Nové Mlýny, Vranovskou a Brněnskou přehradou. Spolupráce byla o to příjemnější, že se koordinátorce projektu NAKI RNDr. Haně Mlejnkové, Ph.D. (která podědila moji lásku k přírodě) podařilo vytvořit velmi kvalitní a družný kolektiv řešitelů, kteří přistupovali k řešení s velkým nadšením a vzájemně aktivně spolupracovali. Mám radost, že výsledky projektu vzbudily velký zájem odborné i laické veřejnosti, a knihu, která je hlavním výstupem projektu, všem vřele doporučuji k přečtení.

Odběr vzorků na Dyji

Svým aktivním přístupem k práci, vědeckým zaujetím a nadšením při řešení širokého spektra výzkumných úkolů jste byla příkladem a inspirací pro další generace hydrobiologů, kterým jste nezištně a s úsměvem předávala své dlouholeté vědecké poznatky. Co byste přála do budoucnosti vašemu oboru, ve kterém jste tak dlouho pracovala?

Mám radost, že se biologickým problémům ochrany jakosti vod a jejich řešení v posledních letech věnuje stále větší pozornost. Přála bych si, aby se stále více uplatňovaly přírodní způsoby čištění odpadních vod tam, kde je to vhodné a rozumné. Aplikované hydrobiologii bych přála, aby si nové poznatky, získané na akademických pracovištích, nacházely těsnější spojení s potřebami praxe.

Posted by & filed under Ze světa vodního hospodářství.

Výzkumný ústav vodohospodářský T. G. Masaryka, v. v. i., Agentura ochrany přírody a krajiny České republiky (AOPK ČR), Rada Českého rybářského svazu, z. s. (ČRS), a místní organizace Českého rybářského svazu Lysá n. Labem (MO ČRS Lysá n. Labem) společně s Odbornou skupinou – Komisí pro rybí přechody při AOPK ČR uspořádaly v rámci Světového dne migrace ryb (WFMD) již druhý ročník osvětové akce pro děti, mládež a širokou veřejnost tentokrát s názvem „Kam putují ryby?“.

Demonstrace rybolovných technik a rybářské závody (organizovali Alois Kaplan a Jiří Musil)

Hlavním cílem akce bylo informovat veřejnost o současném enormním stupni fragmentace říční sítě České republiky (vysoký počet příčných překážek a stoupající počet energetických objektů) a stále přehlížených environmentálních dopadech, které jezy a především vodní elektrárny na tocích pro život ve vodě představují.

V rámci prvního dne programu připravili organizátoři na ZŠ Komenského v Lysé n. Labem dvouhodinový vzdělávací cyklus pro děti 6. a 7. ročníku s návazností na osnovy učiva přírodopisu a ekologie a samozřejmě hlavní cíl akce. Účastníci byli informováni o problematice migrace vodních živočichů: proč a kam putují ryby, proč je řada druhů dnes již vyhubených/ohrožených, proč se staví rybí přechody, zda-li jsou současná opatření dostatečná a jaká rizika pro vodní organismy fragmentace představuje. Ta jim byla následně demonstrována na příkladech životních cyklů, našich posledních dvou vlajkových diadromních druzích: úhoři říčním (Anguilla anguilla) a lososu obecném (Salmo salar). Posluchači se dále seznámili s životem ve vodě i jejím blízkém okolí, a to názornou formou determinačních minikurzů na připravených stanovištích (pod binolupou si prohlédli preparáty i živý zoobentos, v akváriích byla expozice našich vybraných sladkovodních ryb a k vidění byla řada dalších preparátů včetně rybožravých predátorů). Závěrem prvního dne byla sportovní soutěž, která imitovala, ve formě zdolávání překážek, pro ryby díky člověku velmi složitý a někdy až nebezpečný život v průběhu migrace.

Tematické přednášky pro širokou veřejnost (Tereza Barteková, migrace ryb)

Druhý den byl věnován rovněž dětem a obecně široké veřejnosti a pokračoval v areálu MO ČRS Lysá n. Labem. Na obecnou přednášku věnovanou migracím ryb navazovala ukázka jejich radiotelemetrického sledování (vyhledání vysílačkou označené ryby). Většina dětí se účastnila doprovodného programu – výtvarné soutěže o výrobu originálních obrázků ryb „Happy fish challenge“, zaštítěném organizátory WFMD, která proběhla napříč všemi zúčastněnými státy. Na místním revíru Okrouhlík byly následně teoreticky i prakticky představeny hlavní rybolovné techniky a velikou atraktivitu akce již tradičně vzbudily dětské rybářské závody. Ačkoliv lov ryb s cílem akce přímo nesouvisí, díky rekreačnímu rybářství si lidé vytváří kladný vztah k vodě a vodním ekosystémům. Akci zakončily diskuse a úvahy nad současnou situací a vyhodnocení pořadí soutěžících včetně předání hodnotných cen.

Determinace vodních organismů (Zdeněk Vogl, makrozoobentos)

V rámci WFMD bylo v roce 2018 realizováno celkem 570 akcí v 63 zemích prostřednictvím 3 000 zainteresovaných institucí (www.worldfishmigrationday.com). Letos šlo již o celkově 3. ročník. Jsme velmi rádi, že jsme tuto ušlechtilou myšlenku podpory, na mnoha místech dnes již ohrožených migrujících druhů ryb (v ČR díky fragmentaci již několika druhů vymizelých), touto akcí opět podpořili a všichni se již těšíme na další ročník WFMD, který se bude konat 16. května 2020. Osvětové akce pořádáme několikrát za rok a mají vzrůstající kladný ohlas veřejnosti a za tuto obětavou práci patří veliký dík všem organizátorům a samozřejmě účastníkům. Objektivně informovaná veřejnost je totiž zárukou budoucí spolupráce a současně základním předpokladem prosazení systémových a legislativních změn, které jsou pro řešení antropogenních tlaků fragmentace a hydroenergetiky v ČR nevyhnutelné.

Výtvarná soutěž „Happy fish challenge“ (děti z Lysé n. Labem)

Poděkování

Akce byla spolufinancována příspěvkem organizátorů (VÚV TGM, v. v. i., AOPK ČR, ČRS) a podpořena Ministerstvem životního prostředí České republiky projektem „Dlouhodobý koncepční rozvoj výzkumné instituce“ a trvalou udržitelností projektu Norských fondů EHP-CZ02-OV-1-034-01-2014. Současně bychom chtěli poděkovat všem kolegům, kteří se na akci podíleli, jmenovitě především Davidovi Štruncovi, Eduardovi Boušemu, Miroslavu Barankiewiczovi a mnohým dalším.

Posted by & filed under Ze světa vodního hospodářství.

Již tradiční XXV. konference Radionuklidy a ionizující záření ve vodním hospodářství se uskutečnila ve dnech 24.–25. 4. 2018 v hotelu Clarion v Českých Budějovicích. Odborným garantem byl Ing. E. Hanslík, CSc., (VÚV TGM, v. v. i.) a organizačním garantem Ing. V. Bečvář, CSc. (ČVTVHS, z. s.). Konference se zúčastnilo 41 odborníků, z toho 37 z České republiky a čtyři ze Slovenské republiky. V úvodní přednášce Ing. E. Hanslík, CSc., shrnul řešení problematiky radioekologie za uplynulých 60 let. V následující přednášce Bc. F. Lysáček (ČEZ, a. s., JETE) podrobně informoval o zabezpečování programu sledování vlivu JE Temelín na okolní životní prostředí. Ing. J. Pospíchal (ČEZ, a. s., JETE) seznámil přítomné s použitím systému Skylink (Saphymo) na českých jaderných elektrárnách i v jejich okolí. RNDr. E. Šindelková, CSc., (SÚJB, RC České Budějovice) informovala o monitorování vod na území ČR (poznatky a zkušenosti z prvního roku platnosti legislativy).

Ing. H. Procházková (SÚJB) se zabývala přírodními radionuklidy v pitné vodě. Ing. T. Mičaník, Ph.D., (VÚV TGM, v. v. i.) prezentoval poster Uranium in a surveying process as a candidate priority substance for water environment. Doc. RNDr. S. Dulanská, Ph.D., a prof. RNDr. L´. Mátel, CSc., (PriF UK v Bratislavě) shrnuli metody na stanovení stroncia 90 ve vodách. Ing. E. Juranová, Ing. E. Hanslík, CSc., RNDr. D. Marešová, Ph.D., a Ing. B. Sedlářová (VÚV TGM, v. v. i.) seznámili účastníky s prognózou vlivu nového jaderného zdroje Dukovany na povrchovou vodu z pohledu radiačních ukazatelů. Ing. I. Světlík, Ph.D., Ing. P. Šimek, V. Brychová (ODZ ÚJF AV ČR, v. v. i.), Mgr. M. Fejgl, Ph.D., (SÚRO, v. v. i.) uvedli informace o možnosti využití urychlovačové hmotnostní spektrometrie pro analýzy 14C a dalších radionuklidů. RNDr. B. Desortová, CSc., a Ing. E. Hanslík, CSc., (VÚV TGM, v. v. i.) hodnotili změny biomasy fytoplanktonu a teploty vody v toku Vltavy nad a pod zaústěním odpadních vod z JE Temelín.

Ing. T. Bouda (ALS Czech Republic, s. r. o.) porovnal českou radiologickou legislativu pitných vod s legislativou některých států EU. Ing. R. Šináglová (SÚJB) se zabývala problematikou záchytu přírodních radionuklidů v technologiích určených k úpravě vlastností vody. RNDr. G. Wallová, Ph.D., a RNDr. J. Merešová, Ph.D., (VÚVH, Bratislava) prezentovaly příspěvek k monitorování radioaktivity hraničních toků Slovenska. RNDr. P. Stierand (ČHMÚ, Brno) hodnotil vývoj koncentrace uranu v povrchových vodách v etapě po ukončení těžby uranových rud. Bc. D. Tatarová, RNDr. D. Galanda, RNDr. J. Slimáková, Ph.D., (UK v Bratislavě) se zabývali potenciálem aplikace mikrořas Chlorella vulgaris a Dunaliella salina při dekontaminaci Cs a Co z odpadních vod. RNDr. D. Marešová, Ph.D., Ing. E. Hanslík, CSc., Ing. E. Juranová, Ing. B. Sedlářová (VÚV TGM, v. v. i.) vyhodnotili přehled stanovení velmi nízkých objemových aktivit tritia v povrchové vodě a ve srážkách v povodí Vltavy a Labe. Ing. L. Fremrová (SWECO Hydroprojekt, a. s.) a Ing. E. Hanslík, CSc., (VÚV TGM, v. v. i.) zpracovali přehled norem pro stanovení radioaktivních látek ve vzorcích vody a názvoslovné normy a další související normy. Ing. B. Sedlářová a Ing. E. Hanslík, CSc. (VÚV TGM, v. v. i.) uvedli výsledky stanovení obsahu radioaktivních látek na vybraných úpravnách pitných vod a čistírnách odpadních vod v okolí JE Temelín. Odpoledne 24. 4. 2018 se uskutečnila zajímavá exkurze na zámek Hluboká. V závěru jednání bylo doporučeno uspořádat již XXVI. konferenci Radionuklidy a ionizující záření ve vodním hospodářství, a to v roce 2020.

Posted by & filed under Ze světa vodního hospodářství.

Místo konání: sál č. 319, Klub techniků, Novotného lávka 5, Praha 1

Datum a čas zasedání: 24. května 2018, 10,00 hod

Jednání řídil: místopředseda společnosti Ing. Jan Kubát

1. Zahájení

Po formálním zahájení předsedající Ing. Jan Kubát přivítal kromě přítomných členů ČVTVHS, z. s., i hosty: doc. Ing. Daniela Hanuse, CSc., EUR ING, předsedu ČSVTS, z. s., a RNDr. Pavla Punčocháře, CSc., zástupce Ministerstva zemědělství. Doc. Hanus pak přednesl krátkou informaci o činnosti ČSVTS, z. s., ocenil dobrou spolupráci s ČVTVHS, z. s., a popřál jí hodně úspěchů v další činnosti.

2. Volba mandátové a návrhové komise

Do mandátové komise byli navrženi a zvoleni Ing. Petr Kuba, Ph.D., Ing. Miroslav Tesař, CSc., a na návrh z pléna Tomáš Skurka. Předsedou komise se stal Ing. Miroslav Tesař, CSc.

Do návrhové komise byli navrženi a zvoleni Dr. Ing. Antonín Tůma, Ing. Jiří Poláček, doc. Dr. Ing. Pavel Fošumpaur a podle návrhu z pléna Ing. Jindřich Břečka. Předsedou byl zvolen místopředseda výboru Dr. Ing. Antonín Tůma.

3. Zpráva o činnosti ČVTVHS, z. s., v období od května 2017 do května 2018

Zprávu přednesl předseda společnosti Mgr. Mark Rieder. Informoval v ní o činnosti výboru v uvedeném období a o plnění jednotlivých bodů usnesení loňské valné hromady. Zmínil odborné i finanční výsledky 9 loňských odborných akcí, informoval o struktuře a problémech našich odborných skupin. Dále pozitivně zhodnotil spolupráci s většinou našich přidružených členů, prospěšné kontakty s ministerstvy zemědělství a životního prostředí i s Českým svazem vědeckotechnických společností, z. s., Svazem vodního hospodářství a se SOVAK ČR. Řekl, že jejich podporu a spolupráci chápeme jednak jako výraz ocenění našeho působení v oboru, jednak jako pochopení snah o to, aby se vodní hospodářství neztratilo v často chaotických proměnách současnosti, že si jí vážíme a budeme se o ni opírat i v dalších letech. Zmínil se i o stycích se Slovenskou vodohospodářskou společností i o problémech se zařazováním vybraných akcí do vzdělávacího Programu Ministerstva vnitra pro úředníky. Ujistil přítomné, že chceme pokračovat v tradici oceňovat významné práce a přínosy v oboru udělením Diplomu akademika T. Ježdíka, a to podle nového statutu této ceny, který na základě usnesení minulé valné hromady výbor projednal a schválil jako interní organizační normu společnosti.

Na závěr konstatoval, že výbor společnosti, kontrolní komise, odborné skupiny i tajemník si počínali po celé období zodpovědně a požádal členy společnosti, aby podpořili usnesení valné hromady v tomto duchu, a poděkoval všem, kdo se aktivně v uplynulém období podíleli na úspěšné činnosti naší společnosti.

4. Zpráva o hospodaření v roce 2017 a návrh rozpočtu na rok 2018

V materiálech valné hromady dostali účastníci tabelární přehled hospodaření v roce 2017 a návrh rozpočtu na rok 2018. Tento materiál byl tajemníkem společnosti Ing. Václavem Bečvářem, CSc., okomentován. Hospodaření v roce 2017 skončilo schodkem 66 666,41 Kč, což bylo důsledkem zejména neuskutečnění třech odborných akcí.

Rozpočet na rok 2018 se navrhuje jako vyrovnaný na úrovni 1 420 tis. Kč, což zohledňuje předpoklad konání 13 až 15 odborných akcí, ale na straně nákladů i o více než třetinu navýšené náklady na nájemné, služby a úklid a všeobecný nárůst většiny cen, zejména pak nákladů na občerstvení při OA, nákladů na spoje apod. Tomu všemu se budeme muset přizpůsobit adekvátním navýšením registračních poplatků, tj. vložného na našich odborných akcích.

5. Zpráva kontrolní komise

Zprávu přednesla předsedkyně komise Ing. Růžena Divecká. Konstatovala souhlas KK se způsobem řízení společnosti výborem, s výsledky hospodaření v roce 2017 a s návrhem rozpočtu na rok 2018 a doporučila valné hromadě, aby předložené dokumenty schválila.

6. Zpráva mandátové komise

Zprávu přednesl předseda komise Ing. Miroslav Tesař, CSc., a sdělil, že valné hromady se účastní 18 individuálních a čestných členů s jedním hlasem a 15 zástupců přidružených členů pověřených právem hlasovat, dohromady s celkovou vahou 104 hlasů ze 155 možných. Valná hromada byla v celém svém průběhu usnášeníschopná. Kromě členů společnosti bylo na valné hromadě přítomno i několik hostů.

7. Odborný program

Jako odborný program byla výborem připravena diskuse o problémech vodohospodářského vzdělávání, resp. o příčinách malého zájmu veřejnosti a zejména mladé generace o vodní hospodářství. Důsledkem toho je téměř nulové povědomí veřejnosti, ale i kompetentních orgánů o potřebách a významu vodního hospodářství. Úvodní referát přednesl doc. Ing. Dr. Pavel Fošumpaur, člen výboru a zástupce vedoucího Katedry hydrotechniky na Fakultě stavební ČVUT. S dalšími příspěvky pak vystoupili Ing. Michal Krátký (Povodí Vltavy, s. p.), Ing. Jan Plechatý (VRV, a. s.) a RNDr. Pavel Punčochář, CSc. (Ministerstvo zemědělství). Součástí tohoto programu byla i anketa, kterou výbor pro účastníky valné hromady připravil a která bude následně vyhodnocena a využita.

8. Diskuse

Diskuse byla vedena zejména ke způsobům, jak může ČVTVHS, z. s., přispět ke zvýšení zájmu nastupující generace o problematiku vodního hospodářství a ochrany životního prostředí. Diskutující ovšem připomínali, že se potřeba vyšší informovanosti o postupech řešení vodohospodářských problémů týká i pracovníků médií a státní správy, a že jde o systémový i politický problém, jehož řešení bude mnohaleté a vysoce převyšující úroveň působnosti našeho spolku. Nicméně výbor i všichni členové společnosti by měli využívat každé příležitosti ke zlepšování uvedeného negativního stavu.

9. Návrh a schválení usnesení

Návrh usnesení přednesl předseda návrhové komise Dr. Ing. Antonín Tůma. Na žádost předsedajícího Ing. Jana Kubáta bylo pak usnesení, obsahující pasáž o schválení přednesených zpráv a úkoly pro výbor, odborné skupiny i členy ČVTVHS, z. s., většinou hlasů schváleno.

10. Závěr

Předsedající Ing. Jan Kubát pak valnou hromadu zakončil a všechny účastníky pozval na oběd do restaurace Klub techniků a členům výboru připomněl, že po obědě se uskuteční v sekretariátu společnosti 30. jednání výboru, ke kterému jsou automaticky přizváni i členové kontrolní komise.

 

V Praze dne 24. května 2018

Zapsal: Ing. Václav Bečvář, CSc., tajemník společnosti

Schválil: Mgr. Mark Rieder, předseda společnosti

Posted by & filed under Hydraulika, hydrologie a hydrogeologie.

Souhrn

Příspěvek prezentuje část výstupů čtyřletého projektu Nové postupy optimalizace systémů integrované ochrany území v kontextu jejich ekonomické udržitelnosti. Jeho cílem je posouzení efektivnosti komplexního systému opatření navržených v ploše části povodí Litavy (136,85 km2) s použitím hydrologického modelu, vytvořeného v programu HEC-HMS (Hydrology Engineering center – Hydrologic modeling system) [1]. Hodnocení efektivnosti bylo provedeno díky simulaci s aplikací čtyř přívalových srážkových epizod. Pro stanovení a výpočet hydrologických ztrát a transformace v modelu byla zvolena metoda SCS CN. Návrhy biotechnických liniových opatření ovlivnily vstupní schematizaci povodí a v případě bezodtokých opatření byla stanovena jejich retenční kapacita.

Úvod

Realizací komplexní ochrany a organizace povodí je možno výrazně zvýšit retenční schopnost povodí, obzvláště infiltraci srážkové vody do půdy a zadržení a postupné zasáknutí části povrchového odtoku v ploše povodí. Komplex ochranných opatření v ploše povodí plní v krajině řadu funkcí (protierozní, protipovodňovou, ochranu před suchem, ale i ekologickou) podporujících ochranu krajinných systémů. V dnešní době je jedním z hlavních způsobů jak provést analytické vyhodnocení hydrologie povodí hydrologické modelování. Modelování obecně představuje zjednodušený popis reality, který slouží k lepšímu pochopení modelovaného systému a k předpovědi jeho chování [2].

Cílem příspěvku je posouzení efektivnosti komplexního systému opatření navržených v ploše části povodí Litavy s použitím hydrologického modelu, vytvořeného v programu HEC-HMS (Hydrology Engineering center – Hydrologic modeling system) [1]. Hodnocení efektivnosti bylo provedeno díky simulaci s aplikací čtyř přívalových srážkových epizod.

Pro vyhodnocení byla vybrána východní topograficky velmi členitá, zemědělsky využívaná část povodí Litavy, a to z důvodu velkého počtu lokalit mimořádně silně ohrožovaných nebezpečnými odtoky z přívalových srážek, které vedou k četným povodňovým situacím, doprovázených intenzivní vodní erozí a transportem splavenin. Ty mají zásadní vliv na ekologickou nestabilitu některých ploch.

Obr. 1. Schematizace pro HEC-HMS
Fig. 1. Schematization to HEC-HMS

Materiály a metoda hodnocení efektivity opatření

Základem při posouzení efektivity opatření bylo vytvoření hydrologického srážko-odtokového (S-O) modelu, v němž byl následně modelován vliv navržených opatření na velikost kulminačního průtoku a objemu povrchového odtoku. K jeho vytvoření bylo třeba stanovit orientační specifické odtoky, tedy průtok vztažený na jednotku plochy za určitý časový úsek, které s růstem plochy povodí klesají, a objemové průtoky pro zájmový nemonitorovaný závěrový profil povodí v katastru obce Bučovice (o ploše povodí 136,86 km2). Získané hodnoty byly stanoveny ze sestaveného zjednodušeného modelu povodí Litavy (obr. 1) s označením míst s dlouhodobým měřením průtoků ve stanicích Brankovice (hlásný profil ČHMÚ č. 381 o ploše povodí 71,79 km2) a Rychmanov (hlásný profil ČHMÚ č. 382 o ploše povodí 495,38 km2) [3]. Výpočet specifických odtoků pro jednotlivé stanice a čtyři vybrané povodňové epizody vycházel z ploch povodí a objemů povrchových odtoků, získaných z reálných naměřených dat z těchto stanic. Závěrový profil zájmové oblasti se pak nachází mezi těmito dvěma stanicemi, tzn., že hodnoty vypočítaného objemu povrchového odtoku i hodnota specifického odtoku se nacházejí v intervalu hodnot těchto parametrů mezi měrnými stanicemi.

Vypočítané specifické odtoky se pohybovaly v rozmezí 4,4–13,6 l/s/km2 pro profil Brankovice, 3,0–9,3 l/s/km2 pro profil Rychmanov a 4,1–12,9 l/s/km2 pro zájmový profil Bučovice.

Tvorba srážko-odtokového modelu

Pro řešené území části povodí Litavy bylo nutné vytvoření S-O modelu ve dvou krocích. Nejdříve byl vytvořen S-O model se závěrovým profilem Brankovice, kde probíhá kontinuální měření. Zde byla provedena podrobná kalibrace a parametry tohoto modelu byly následně aplikovány do modelu se závěrovým profilem Rychmanov, který byl pro kalibraci rozdělen do šesti kalibračních částí (obr. 2), které mají rozdílné kalibrační koeficienty. Koeficienty v horní části povodí byly stanoveny právě v prvním modelu. Cílem tohoto rozdělení bylo zachytit rozdílnost chování různých částí (dílčích povodí přítoků) povodí Litavy. Prvním nezbytným krokem pro vytvoření S-O modelu řešeného území je schematizace povodí, tj. rozdělení na dílčí povodí, z nichž každé má své specifické vlastnosti. V zájmovém území povodí Litavy byla provedena podrobná schematizace se zohledněním návrhů biotechnických opatření. Pro část povodí v úseku Bučovice–Rychmanov byla provedena schematizace hrubšího charakteru. Ve schematizaci části povodí po profil Brankovice bylo povodí rozděleno na 42 subpovodí, po profil Bučovice bylo vytvořeno 90 subpovodí a v povodí po profil Rychmanov bylo vymezeno 114 subpovodí (obr. 1).

Do programu HEC-HMS vstupuje schematizované povodí, tj. úseky a jejich charakteristiky (délky, průměrné sklony, rozměry, drsnosti) a k nim zavěšené plochy a jejich charakteristiky (plocha, sklon aj.) podle zvolených výpočtových metod. Pro naše podmínky byla pro výpočet hydrologických ztrát a transformace zvolena metoda SCS CN. Pro transformaci přímého odtoku byl využit jednotkový hydrogram podle Clarka (Clark unit hydrograph), pro výpočet podzemního odtoku byla využita recesní metoda (recession) a odtok v korytě byl stanoven s využitím metody Muskingum-Cunge, která je založena na aproximaci kombinace rovnice kontinuity a difúzní formy momentové rovnice [4] a podrobněji je popsána např. Feldmanem [5].

Kalibrace modelu (obr. 3) při současném využití krajiny proběhla na vybrané reálné povodňové epizodě z roku 2014 (3.–8. 8. 2014), kdy dosáhla kulminace v profilu Brankovice 4,76 m3/s a v profilu Rychmanov 9,35 m3/s a celkový úhrn srážek ve srážkoměrné stanici Nemochovice byl 67,3 mm. Hlavními ukazateli úspěšnosti kalibrace modelu jsou Nash-Suttleffe kritérium shody (shoda je dostatečná, pokud E ≥ 0,5) [6] a objem povrchového odtoku W (model je považován za přijatelný, pokud rozdíl modelovaného povrchového odtoku a požadovaného objemového odtoku nepřekročil 10 %). Hodnoticí kritéria kalibrace modelu jsou následující:

  • E = 0,939, ∆W = +6,02 % (Brankovice), ∆W = +0,06 % (Bučovice), ∆W = +3,63 % (Rychmanov).

Verifikace modelu pak proběhla na dalších třech reálných povodňových epizodách, které byly vyvolány přívalovými srážkami:

  • 12.–17. 6. 2012: E = 0,906; ∆W = +0,07 % (Brankovice), ∆W = +0,20 % (Bučovice), ∆W= + 7,16 % (Rychmanov),
  • 11.–20. 9. 2014: E = 0,706; ∆W = +0,40 % (Brankovice), ∆W = -0,16 % (Bučovice), ∆W = -6,77 % (Rychmanov),
  • 1.–5. 10. 2014: E = 0,893; ∆W = -0,85 % (Brankovice), ∆W = +0,22 % (Bučovice), ∆W = -7,50 % (Rychmanov).

Větší rozdílnost povrchových objemů v profilu Rychmanov je dána především hrubší schematizací a menší podrobností srážkových dat. Data z profilu Rychmanov sloužila zejména k ověření správnosti modelu a stanovení objemových průtoků v závěrovém profilu zájmové oblasti. Rozdíl modelovaných objemů však ani v profilu Rychmanov není větší či menší než 10 %. Model byl tedy vyhodnocen jako dostatečně přesný a použitelný pro další účely.

Obr. 2. Kalibrační systémy povodí Litavy
Fig. 2. Calibration systems od Litava basin

Návrhy opatření v ploše povodí

Návrhy opatření v ploše povodí byly vyhotoveny podle běžných postupů realizujících se v návrzích plánů společných zařízení v rámci pozemkových úprav. Celková plocha zemědělské půdy v zájmovém povodí činí 81,262 km2, tedy zhruba 59,38 % a plocha samotné orné půdy 77,625 km2, tedy zhruba 56,72 %. Na této ploše došlo k vytvoření expertního návrhu plošných a liniových ochranných opatření na blocích zemědělsky využívané půdy evidované v registru LPIS v celém řešeném povodí. Plochy vedené jako zatravněné do návrhu již nevstupovaly. Navrhováno bylo několik typů plošných opatření. Agrotechnická opatření (AGT) mírnější (výsevu do ochranné plodiny, strniště, mulče nebo posklizňových zbytků), intenzivnější AGT (kdy se kukuřice zásadně seje vrstevnicově do krycí plodiny (např. do vymrzlé svazenky), obiloviny a řepka se sejí také vrstevnicově a v osevním postupu je také větší zastoupení ozimých obilovin, luskovin a víceletých pícnin). Ochranné sady a vinice mají zatravněná meziřadí a jsou situovány ve směru vrstevnic. Opatření formou vyloučení erozně nebezpečných plodin z osevní rotace nebo jeho intenzivnější forma, kdy vedle vyloučení kukuřice, slunečnice a řepky se vrstevnicově sejí také obiloviny a v osevním postupu je větší zastoupení ozimých obilovin, luskovin a víceletých pícnin.

Výskyt plošných ochranných opatření na zemědělské půdě je závislý na způsobu využití půdy v jednotlivých katastrech. Návrh plošných opatření zaujímá 93,91 % ploch orné půdy, výměry jednotlivých druhů opatření uvádí tabulka 1.

Návrh byl dále zaměřen na návrh liniových ochranných opatření typu zasakovací mez, zasakovací pás a dráha soustředěného odtoku. Při lokalizaci liniových opatření byl brán v potaz návrh prvků ÚSES. Docházelo ke sloučení těchto krajinotvorných, ochranných prvků tak, aby byla dodržena jejich funkčnost. Lokalizace jednotlivých typů opatření je znázorněna na obr. 4. Jejich počty a součty délek uvádí tabulka 2, u všech opatření byla použita šířka 30 m.

Návrh prošel řadou vývojových stádií a řadou úprav ovlivněných stávajícími prvky v krajině, návrhy vedenými v územně plánovací dokumentaci a v ukončených pozemkových úpravách, terénním šetřením, opakovaným vyhodnocením účinnosti ochrany a projednáním s uživateli i vlastníky půdy a zástupci dotčených obcí. Vznikl tak návrh ochranných opatření ve smyslu návrhů realizovaných v procesech pozemkových úprav, který nahlíží na celé zájmové povodí jako na hydrologicky uzavřený celek.

Schematizace opatření v S-O modelu

Efektivitu těchto opatření lze stanovit například jejich promítnutím do hydrologického S-O modelu. Je však složité schematizovat všechny typy opatření v modelu tak, aby jejich modelovaný vliv odpovídal co nejvíce realitě a nebyly opomenuty hlavní účinky jednotlivých typů opatření.

Obr. 3. Kalibrace S-O modelu
Fig. 3. Calibration of precipitation-runoff model (red/dashed red – profile Rychmanov simulated/observed, blue/dashed blue – Brankovice simulated/observed, green – Bučovice simulated, no observed data)

Plošná organizační či agrotechnická opatření, stejně jako zasakovací pásy či zatravněné údolnice a meze i příkopy, byly do modelu promítnuty změnou pokryvu, tedy změnou (snížením) čísla CN. Jde o metodu hojně užívanou a dostatečně vypovídající.

Pro znázornění vlivu čísla CN na velikost kulminačního průtoku i povrchového odtoku byla provedena analýza na dvou vybraných subpovodích, které jsou z větší části tvořeny ornou půdou. Pro tuto analýzu byla vybrána subpovodí W43 (obr. 1) – malé povodí (0,49 km2) s vysokým průměrným sklonem (23,97 %) a podílem orné půdy 98,31 % a subpovodí W61 – větší povodí (2,28 km2) s mírnějším průměrným sklonem (5,15 %) a podílem orné půdy 96,43 %. Výsledkem této analýzy byl graf závislosti čísla CN na Qkul a W, z něhož vyplývá, že závislost obou veličin má pro jednotlivé povodí obdobný nebo téměř shodný polynomický průběh (obr. 5).

Výsledky a diskuse

Vliv a efektivita opatření

Na verifikovaném hydrologickém modelu byly provedeny simulace příznivého scénáře využití území, včetně navrhovaných liniových opatření, pro všechny čtyři modelované epizody (obr. 6–9), které byly způsobeny přívalovými srážkami.

Tabulka 1. Výměry plošných ochranných opatření v zájmovém povodí
Table 1. Size of the area erosion control measures in the basin

Jak již bylo zmíněno výše, změna využití území a navrhovaných opatření byla do modelu promítnuta změnou čísla CN v dílčích povodích, které se v průměru snížilo o téměř 6 % (maximálně o 11,25 %).

Zjištěný vliv navržených opatření na velikost kulminačního průtoku i objemu povrchového odtoku v závěrovém profilu zájmového povodí není zanedbatelný a je uveden v tabulce 3. Aplikací navrhovaného scénáře do vytvořeného modelu došlo v závěrovém profilu Bučovice ke snížení kulminačních průtoků o 4,8 % (E1), 5,3 % (E2), 18,4 % (E3), 17,2 % (E4) a snížení objemu povrchového odtoku o 11,5 % (E1), 5,29 % (E2), 16,2 % (E3), 16,35 % (E4). Míra snížení sledovaných veličin je tedy přímo úměrná velikosti původní povodňové epizody. Procentuální změna odtoku odpovídá zatížení srážek s vysokými úhrny za krátký časový interval.

Obr. 4. Návrh plošných protierozních opatření v zájmovém povodí
Fig. 4. Design of erosion control measures

I pokud by biotechnická opatření (příkopy, průlehy, meze apod.) vstupovala do modelu ne ve formě změny čísla CN, ale jako nekonečně malá vodní nádrž bez funkčních objektů, což model HEC-HMS umožňuje, byl by vzhledem k jejich malé rozloze jejich význam pro hodnocení snížení povrchového odtoku v závěrovém profilu povodí téměř nulový. Celková kapacita navržených zasakovacích prvků byla stanovena na zhruba 10 tis. m3 při uvažovaných modelových parametrech (šířka ve dně = 0,4 m, hloubka = 0,5 m, sklony svahů = 1 : 2).

Tabulka 2. Počty a délky liniových ochranných opatření v zájmovém povodí
Table 2. Quantity and lengths of the line erosion control measures in the basin

Pracujeme však s myšlenkou dalšího výzkumu s použitím komponenty vodní nádrže „reservoir“ pro modelování vlivu zasakovacích bezodtokových navrhovaných liniových prvků, právě jako nekonečně malé nádrže bez funkčních objektů. Problematice vyhodnocení liniových opatření se v poslední době u nás věnovali již publikované práce např. Feltl [7] a Strouhal [8]. Každé jednotlivé opatření je však třeba posoudit individuálně a stanovit přesné parametry jednotlivých opatření s ohledem na morfologii terénu a lokální podmínky. Tento postup je ale u rozsáhlejších území zdlouhavý, a proto bude cílem následného zpracování i zjednodušení efektivního návrhu liniových opatření již s jistým efektem.

Problém však nastává u liniových biotechnických opatření, která ovlivňují povrchový odtok jinak, než opatření plošná. Jedná se zejména o příkopy a průlehy, které soustřeďují povrchový odtok a podle funkce odvádí nebo zadržují vodu, popř. vodu převádí do vedlejšího povodí. Zachytit tyto funkce v hydrologickém modelu HEC-HMS je složitější. Podle prováděných rešerší (např. Kovář a kol. [9]) bývá schematizace liniových opatření nejčastěji řešena také změnou čísla CN, tedy se do modelu promítne jen např. zatravnění nebo jiná změna povrchu u daného opatření. Záměrem dalšího výzkumného řešení dané problematiky je propojení hydraulického modelu HEC-RAS (Hydrologic Engineering Center’s River Analysis System) [1] a hydraulického modelu HEC-HMS.

Tabulka 3. Vliv navrhovaných opatření na velikost kulminačních průtoků a objemy povrchového odtoku
Table 3. Influence of designed measures on peak flow (Qkul) and runoff volume (W)

V modelech lze schematizovat příkopy či průlehy jako samostatné úseky vodních toků, bude tak možné co nejpřesnější vystihnutí proudění v otevřeném korytě průlehu či příkopu. Oba programy využívají pro výpočet proudění v otevřeném korytě v rámci zvolených metod stejné principy výpočtu. Tyto výpočty jsou založeny na Saint Venantovy rovnici, tedy kombinaci rovnice kontinuity a větě o hybnosti [1].

Obr. 5. Graf závislosti změny čísla CN na kulminačním průtoku a objemu odtoku
Fig. 5. Graph of CN number, peak flow (blue and red) and runoff volume (green and purple)
Obr. 6. Porovnání hydrogramů pro epizodu E1 ve dvou sledovaných profi lech
Fig. 6. Comparsion of hydrographs in two profiles (flood episode E1)
Obr. 7. Porovnání hydrogramů pro epizodu E2 ve dvou sledovaných profilech
Fig. 7. Comparsion of hydrographs in two profiles (flood episode E2)

Závěr

Stanovení vlivu a efektivnosti ochranných opatření v ploše povodí je aktuální problematika, která nemá sjednocené metodické řešení. Přitom efektivita jednotlivých opatření by měla být jedním z hlavních parametrů pro posouzení vhodnosti a ekonomické výhodnosti. Dosavadní praxe navrhování ochranných opatření však obvykle nezahrnuje vyhodnocení ekonomické efektivnosti návrhu a z těchto důvodů často dochází k prosazování takových řešení ochrany území, která nejsou efektivní. Z tohoto zjištění vyplývá potřeba zpracovat metodiku pro hodnocení technicko-ekonomické účinnosti prvků protipovodňové a protierozní ochrany a následně ji implementovat do metodických postupů pro navrhování ochranných opatření v povodí. Negativní finanční a ekonomická návratnost opatření často pak vede k tomu, že se zemědělci jako uživatelé zemědělské půdy, popř. její vlastníci zdráhají zavádět protierozní opatření bez patřičných náhrad.

Obr. 8. Porovnání hydrogramů pro epizodu E3 ve dvou sledovaných profilech
Fig. 8. Comparsion of hydrographs in two profiles (flood episode E3)
Obr. 9. Porovnání hydrogramů pro epizodu E4 ve dvou sledovaných profilech
Fig. 9. Comparsion of hydrographs in two profiles (flood episode E4)

Jedním z vhodných nástrojů pro hodnocení vlivů opatření na rozsáhlejších územích mohou být právě hydrologické srážko-odtokové modely, které dokáží vystihnout nejen změny kulminačních průtoků, posuny kulminací či změny v objemu povrchového odtoku, tedy veličiny, které jsou ochrannými opatřeními cíleně snižovány, ale i další parametry podle zvoleného modelu a softwaru. Zobrazení jednotlivých ochranných opatření však v mnoha modelech není jednoduché a např. v HEC-HMS lze samostatně řešit pouze vodní nádrže. Naším cílem je tedy dále rozvíjet schematizaci a promítání jednotlivých opatření do srážko-odtokového modelu tak, aby jejich vliv na sledované veličiny co nejvíce odpovídal reálnému stavu za použití výše zmíněných metod.

Poděkování

Příspěvek vznikl za podpory projektu QJ1520268 „Nové postupy optimalizace systémů integrované ochrany území v kontextu jejich ekonomické udržitelnosti“ řešeného v rámci programu KUS Ministerstva zemědělství ČR.

Posted by & filed under Aplikovaná ekologie, Hydraulika, hydrologie a hydrogeologie.

Souhrn

Průběh počasí v posledních letech dokládá, že proměnlivost našeho počasí roste, a tím se také zvyšuje frekvence výskytu povodní, ale také sucha. Sucho bez ohledu na to, o jaký druh se jedná, znamená, že v naší krajině je nedostatek vody. Jde o to, jak nejlépe množství vody v krajině vyjádřit. Na brněnském pracovišti Českého hydrometeorologického ústavu v rámci výpočetního modelu AVISO v týdenním kroku vypočítáváme základní vláhovou bilanci (dále jen ZVB) pro travní porost, která je dána rozdílem mezi úhrny srážek a potenciální evapotranspirací. Výpočet je prováděn z denních hodnot doby slunečního svitu, teploty a vlhkosti vzduchu a rychlosti větru. Základem pro výskyt mimořádného sucha jsou nízké úhrny srážek a delší bezesrážková období, svůj vliv však mají i zvyšující se teploty vzduchu. Z analýzy vybraných roků s výskytem mimořádného sucha vyplývá, že deficitní hodnoty vláhové bilance se projevují v jednotlivých letech rozdílně, koncem vegetačního období dosahuje deficit i více jak 200 mm.

Úvod

Podnebí České republiky je typické svou vysokou proměnlivostí, která se v posledních dvou desetiletích ještě zvyšuje. Výsledkem jsou také výskyty povodní i sucha, které se na našem území projevují nepravidelně. Změnám klimatu je přičítáno, že se zvyšují četnosti výskytu extrémních stavů počasí. Jde o mimořádně vysoké úhrny srážek a následně výskyt plošných povodní v letech 1997, 2002 a díky rychlému tání vysoké sněhové pokrývky i v roce 2006. V roce 2010 byly zaznamenány vysoké srážkové úhrny a výskyt mnoha lokálních povodní z přívalových dešťů. V posledních dvou desetiletích převažují stavy sucha, které jsou vyvolány nízkými úhrny srážek, hlavně během teplého půlroku (duben až září) s trváním od několika týdnů až po několik měsíců. Výskyty mimořádného sucha takřka na celém území ČR jsme zaznamenali v letech 2000, 2003, 2012, 2015 a 2017. Na jižní Moravě také v roce 2007. Je nutné připomenout, že výskyty sucha jsou u nás nahodilé, a proto je velmi obtížné jejich výskyt předpovídat. Tímto se stávají o to škodlivější, protože přicházejí neočekávaně v různých ročních obdobích.

Údaje o srážkách jsou zaznamenávány na srážkoměrných stanicích Českého hydrometeorologického ústavu (dále jen ČHMÚ), v posledních letech převážně na automatických stanicích [1]. Průměrné úhrny srážek se z části liší podle období zpracování. V Atlasu podnebí Československa (1958) a Podnebí ČSSR – Tabulky (1960) jsou uvedeny výstupy zpracování za období 1901 až 1950. Mapy úhrnů srážek v Atlasu podnebí Česka [2] vyjadřují období 1961 až 2000. Střeštík a kol. [3] vyhodnotili úhrny srážek na území ČR za období 1961 až 2010 s výsledkem, že v dlouhodobém pohledu se průměrné roční úhrny srážek statisticky prokazatelně nemění, ale roste jejich dynamika. K hodnocení srážek za různá období, zvláště za roky s výskyty povodní či sucha najdeme vysoký počet publikací.

Srážkový deficit ve vegetačním období bývá velmi často doprovázen vysokými teplotami, včetně výskytu tropických dnů (maximální denní teplota vzduchu dosáhne či překročí 30 °C), nižší relativní vlhkostí vzduchu, zmenšenou oblačností a vyšším počtem hodin slunečního svitu. Je známo, že úhrny srážek jsou jediným zdrojem vody pro naši krajinu. Ovšem přesto, že se používá k vyjádření sucha pouze úhrn srážek, není to zcela vhodná charakteristika.

Výskyty sucha jsou dány také hodnotami výparu [4]. Jde o složitý fyzikální proces a právě to je příčinou, proč na rozdíl od mnoha meteorologických prvků je měření výparu náročné [5]. Údaje o výparu, ovšem jen z vodní hladiny, máme ze sítě stanic Českého hydrometeorologického ústavu. Mimo tuto síť je jen několik stanic, většinou s účelovým zaměřením [6]. Ze srovnání např. s hodnotami evapotranspirace metodou FAO [7] vyplývá, že vztah není jednoznačný [8]. Pravidelné měření výparu z vodní hladiny zařízením GGI-3000 bylo v síti měřicích stanic zahájeno v roce 1968, podobně na Slovensku [9]. V podstatě do roku 2011 byly přístroje GGI-3000 nahrazeny automatickými výparoměry EWM [10]. Z vyhodnocení vyplývá, že úhrny výparu a jejich časová proměnlivost se v jednotlivých lokalitách dost liší, což je dáno proměnlivostí dalších meteorologických prvků [11]. Průměrný denní výpar z celé oblasti České republiky z období 1971–2000 činil 2,6 mm a průměrný úhrn za vegetační sezonu V–IX se rovnal 393,7 mm. Průměrný denní výpar z oblasti jižní Moravy z období 1981–2010 činil 3,0 mm a průměrný úhrn za vegetační sezonu V–IX se rovnal 462,3 mm [10, 12].

Obr. 1. Podíl srážkového úhrnu za zimu 2014/2015 vzhledem k dlouhodobému průměru 1961–2000
Fig. 1. Ratio between precipitation amount and long-term average (1961–2000) for the 2014/2015 winter

Bylo zjištěno, že roční dynamika výparu významně klesá s růstem nadmořské výšky, podobně jako dlouhodobé průměrné úhrny výparu, i když z tohoto pravidla existují výjimky způsobené dalšími činiteli, jako zeměpisná šířka nebo konkrétní lokální podmínky geografického prostředí. Během třicetiletí 1971–2000 pouze na dvou lokalitách sezonní úhrny výparu mají statisticky významné růstové trendy, a to v Kroměříži a v Holovousech. Zvyšování výparu se v těchto lokalitách projevuje v nárůstu 50 až 60 mm za 10 let, což je výrazná změna pro procesy v krajině [10]. Tento poznatek zcela neodpovídá zjištění, že průměrné teploty vzduchu mají statisticky prokazatelný nárůst [13].

S ohledem na náročnost a nákladnost měření výparu a jeho jednotlivých druhů jsou celosvětově používány výpočty evaporace a evapotranspirace [14, 15]. Právě evapotranspirace tím, že blíže vyjadřuje výpar z porostů, lépe vyjadřuje celkový výpar z krajiny [16], ale je také součástí výpočtů závlahových dávek [15]. Pro určení výskytu či intenzity sucha využíváme zjednodušenou, v podstatě meteorologickou, vodní bilanci vyjádřenou vzájemným rozdílem úhrnů srážek a potenciální evapotranspirace. Označujeme ji jako základní (potenciální) vláhovou bilanci pro travní porost (dále jen ZVB_TP), která svými hodnotami umožňuje hodnotit také výskyty sucha v krajině [17]. Rozdíl mezi potenciální evapotranspirací a srážkami je ukazatelem pro hodnocení podoblastí v rámci agroklimatické rajonizace [18]. Taktéž je součástí výnosových modelů [19].

Obecně lze říci, že množství vody v naší krajině je v prvním kroku dáno průběhem počasí, ale o jejím dalším výskytu významně rozhodují vlastnosti našich půd, zvláště jejich retenční kapacita [20].

Materiál a metody

Meteorologické prvky naměřené na klimatologických stanicích jsou základem pro výpočty prováděné pomocí agrometeorologického modelu AVISO („Agrometeorologická Výpočetní a Informační Soustava“) na ČHMÚ, pobočce Brno. Model je svou podstatou určen pro analýzu případů s převládajicím nedostatkovým množstvím srážek. Neřeší tedy problematiku nadbytku srážek a s tím spojenou otázku odtoku. Z tohoto pohledu se naskýtá jeho uplatnění pro analýzu existujících suchých období, resp. období, kdy se vyskytují minimální úhrny srážek.

Evapotranspirace je modelově počítána v denním kroku modifikovaným postupem podle algoritmů Penman-Montheith [21, 22]. Ve své potenciální podobě je prakticky shodná s maximálně možnými hodnotami výparu při optimálních vláhových podmínkách, s nimiž se v přírodním prostředí většinou nesetkáváme ve vegetačním období, resp. v teplém půlroce, ale podstatně častěji v zimě nebo v obdobích přechodných (jaro a podzim).

Obr. 2. Mapa srovnání úhrnů srážek za období 1. 1. až 13. 12. 2015 s průměrem za roky 1961–2000 vyjádřeného v % (zdroj: ČHMÚ)
Fig. 2. Map comparing precipitation amount from Jan 1 to Dec 13, 2015 with the long-term average (1961–2000) expressed in % (source: CHMI)

ZVB_TP jednoduchým způsobem vyjadřuje vláhové poměry v krajině za určitý časový interval. Počítá se jako aritmetický rozdíl srážek a evapotranspirace (potenciální, aktuální, referenční) za určité časové období, přičemž obě složky pro lepší vzájemné srovnání se vyjadřují v mm. Pro zjednodušení se neberou v úvahu žádné ze složek odtoku, stejně tak pro výpočet výparu v základní bilanční rovnici uvažujeme výrazné zjednodušení ve formě homogenního vypařujícího povrchu, který je svými fyziologickými vlastnostmi velmi blízký standardnímu travnímu porostu. Pokud bychom nepřistoupili k těmto zjednodušením, problematika vláhových bilancí, která je v přírodních podmínkách velmi náročná a složitá, by z pohledu krajiny jako celku byla prakticky neřešitelná. S ohledem na přístupnost vody v půdě pro rostliny vyjadřujeme zásobu využitelné vody v metrové vrstvě půdy s travním porostem (dále jen ZVVP), která je vypočtena přepočtem VVK v % [23].

Výsledky

Průběh sucha v jednotlivých letech na našem území není zcela stejný. Již bylo uvedeno, že v našich podmínkách jde o sucho nahodilé. Pokud jde o rok 2012, výrazně negativní potenciální vláhová bilance byla zvláště v měsících vegetačního období roku 2012. Srovnáním s dlouhodobým obdobím let 1961–2010 navíc docházíme k závěrům zvýšené negativní potenciální vláhové bilance. Tato skutečnost byla zaznamenána i při hodnocení pomocí kumulovaných úhrnů. Prokazatelné je to hlavně na moravských stanicích (Brno-Tuřany, Kuchařovice) a v Doksanech, kdy proti dlouhodobým měsíčním hodnotám je situace v roce 2012 o více než 50 mm horší (květen). Bereme-li v úvahu kumulované úhrny po měsících, pak ve vegetačním období je situace ještě horší, neboť oproti dlouhodobým poměrům do vyrovnané potenciální vláhové bilance schází i více než 200 mm (jižní Morava).

Obr. 3. Základní vláhová bilance území ČR (%), srovnání stavu od 1. 3. do 21. 5. 2017 k dlouhodobému průměru 1961 až 2010 (http://portal.chmi.cz/aktualni-situace/sucho#)
Fig. 3. Basic water balance in the Czech Republic (%), comparison of values from Mar 1 to May 21, 2017 with the long-term average (1961–2010) (http://portal.chmi.cz/aktualni-situace/sucho#)

Zvláště pro zemědělské porosty bylo negativní, že v posledním týdnu května 2012 byl rozdíl oproti dlouhodobé hodnotě -100 mm a byl nižší na více jak 30 % území ČR. Nejvíce jsou opět postiženy jižní a střední Morava, dále Polabí, část Poohří a také plošně velké oblasti jihozápadních Čech a Šumavy. Vláhovou bilanci pod -100 mm už je možno považovat za mimořádné sucho. Pod -150 mm je na 3,5 % území, nejvíce na jižní Moravě, části Šumavy a na Přerovsku. Suchem v roce 2012 byla nejvíce zasažena jižní a střední Morava a výrazné negativní rozdíly přetrvávaly i v Polabí a na Šumavě. Na většině území byla negativní vláhová bilance ještě koncem září a místy překračovala hodnoty -200 mm.

Bylo by chybou posuzovat sucho samostatně jen v určitých měsících. Jeho vývoj je ovlivňován i průběhem počasí v zimě. Dokladem je výskyt sucha v roce 2015. Zima 2014/2015 jako celek byla oproti průměru na celém území teplejší, a to o 1,5 až 3,5 °C. Deficit srážek dosahoval až 50 %, na některých částech jižní Moravy a na větší části Čech. Jen na částech severní a východní Moravy byl o něco vyšší než průměr (obr. 1). V průběhu měsíců dubna až června byly úhrny srážek na většině našeho území podnormální, takže koncem května v pásu od Karlových Varů přes střední Čechy až k Českým Budějovicím se jejich úhrn pohybuje mezi 50 až 75 % průměru. Obdobně je to na jižní a části střední Moravy. Tento stav se v červnu mění tak, že v Podkrušnohoří dochází k dorovnání průměru, naopak na Moravě se zvyšuje plocha území s deficitem srážek mezi 25 až 50 %. Mimořádně nízké úhrny srážek v červenci způsobují, že na většině našeho území byl deficit 25 až 50 %. Na několika místech, hlavně v oblasti jižní Moravy, je srážkový deficit více jak 50 %. Ovšem díky bouřkám jsou na těchto územích lokality, kde deficit srážek poklesl. Prohlubující se deficit v srpnu zastavily až srážky od 16. srpna. Na obr. 2 je srovnání úhrnů srážek od 1. 1. do 13. 12. 2015 s průměrem za roky 1961 až 2000 v procentech.

Díky těmto podmínkám dosahovaly hodnoty základní vláhové bilance v březnu průměrných hodnot, tomuto odpovídala i ZVVP v půdním horizontu. Průběh teplot vzduchu v dubnu vyvolával zvýšení hodnot evapotranspirace asi na polovině území Čech o 20 %, ale místy až o více než 40 %. Výskyt tropických veder zvyšuje deficit tak, že ke dni 12. 7. jsou místa, kde základní vláhová bilance má hodnoty pod -150 mm. Tento stav je po celý červenec s tím, že nehomogenitu tohoto pole způsobují lokální bouřky. Ovšem jejich ojedinělý výskyt neovlivňuje celkovou vláhovou bilanci, takže v polovině srpna překračuje na asi čtvrtině našeho území deficit hodnoty -200 mm. Přes výskyt srážek byly projevy zemědělského sucha na převážné části našeho území ještě v říjnu. Na severní Moravě potom až do konce roku 2015.

Obr. 4. Základní vláhová bilance území ČR (%), srovnání stavu od 1. 3. do 30. 7. 2017 k dlouhodobému průměru 1961 až 2010 (http://portal.chmi.cz/aktualni-situace/sucho#)
Fig. 4. Basic water balance in the Czech Republic (%), comparison of values from Mar 1 to Jul 30, 2017 with the long-term average (1961–2010) (http://portal.chmi.cz/aktualni-situace/sucho#)

Jako mimořádně suchý se opět projevil na mnoha místech našeho území i rok 2017. Jak již bylo mnohokrát uvedeno, základem obsahu vody v půdě pro počátek vegetačního období jsou stavy počasí v průběhu zimy. Pokud jde o srážky, byly tyto za měsíce leden až březen na převážné části území Moravy, jižních a východních Čech v rozpětí 50 až 75 % dlouhodobého průměru, tedy podprůměrné. Na převážné části Čech potom činily 75 až 90 %, na některých místech odpovídaly dlouhodobému průměru. Ovšem díky nadprůměrným hodnotám teploty vzduchu dosahuje potenciální evapotranspirace v březnu na takřka celém území Moravy a Slezska přes 140 % oproti dlouhodobému průměru a v Čechách je to na více jak polovině území, jde převážně o střední a východní část Čech. ZVB_TP je za březen takřka na celém území v rozpětí od nuly po -50 mm.

Jestliže bereme duben jako první měsíc vegetačního období, potvrzuje se, že na jižní Moravě je duben často suchý. Plošná rozdílnost projevů počasí se v dubnu potvrdila. Díky nepravidelnému rozložení srážek, místy velmi nízkému, dochází v průběhu května k velkým rozdílům v hodnotách ZVB_TP. Je to dáno oproti průměru vyšší potenciální evapotranspirací na převážné části našeho území, místy přesahující 140 % dlouhodobého průměru. Nacházíme místa se srážkami k 150 % a naopak pouze k 50 % procentům oproti průměru.

Přitom dostatek vody má pro většinu zemědělských plodin rozhodující význam. Jak vidíme na obr. 3, dochází v prvních třech týdnech května 2017 k deficitu ZVB_TP až k -100 mm na některých místech jižní a severní Moravy. V Čechách je od Podkrušnohoří přes severní oblasti až po východní Čechy stav mezi průměrem až -50 mm. Naopak od Prahy na jih a na severní Moravě je bilance kladná

Obr. 5. Rozložení úhrnů srážek na území ČR za období 1. ledna až 1. října 2017 (http://portal.chmi.cz/aktualni-situace/sucho#)
Fig. 5. Precipitation distribution in the Czech Republic from Jan 1 to Oct 1, 2017 (http://portal.chmi.cz/aktualni-situace/sucho#)

Nadprůměrné teploty v průběhu června a velmi rozdílné, ale převážně podprůměrné úhrny srážek však způsobují, že koncem června jsou místy hodnoty ZVB_TP na jihu Moravy, ale i Čech pod -100 mm, lokálně pod -150. Na jižní a střední části Moravy mají hodnoty pod 25 %, podobně jako dílčí území v Podkrušnohoří. Naopak střední Čechy v pásu až ke Krkonoším mají hodnoty průměrné, místy až několik desítek nad dlouhodobým průměrem. V červenci jsou srážky srovnatelné s průměrem na většině území. Teploty vzduchu jsou vyšší od 1 °C až přes 2 °C na jihu Moravy. Tím je dáno, že na většině území jsou hodnoty ZVB pod -100 mm. Na převážné části jižní a střední Moravy a v jižních Čechách jsou nižší jak -150, lokálně na jižní Moravě pod -200 mm. Ovšem v některých oblastech, zvláště na severu Moravy je ZVB_TP v hodnotách průměru. Lokálně jsou tyto hodnoty i v Čechách (obr. 4).

Srpen má úhrny srážek významně rozdílné v Čechách, kde jsou např. na západě, ale i v jižních Čechách až o 50 % vyšší než průměrné, ovšem na většině území Moravy a Slezska je to jen mezi 50 až 70 %. Ale teploty vzduchu jsou zde vyšší o více než 2 °C nad průměrem, kdežto na západě Čech je to jen do +1,5 °C. Výsledek je jasný. Hodnoty potenciální evapotranspirace jsou na převážné části republiky nadprůměrné.

Mínusové hodnoty ZVB se prohlubují, takže deficit nižší než 200 mm je na větších plochách, mají ho lokality na střední i severní Moravě. Hodnoty pod -150 mm nacházíme v celé jižní části republiky, ale také na Karlovarsku. Pokud jde o ZVVP, je víceméně stejná situace jako v červnu, tedy na jižní a střední

Moravě jsou hodnoty stále pod 25 %, podobně jako dílčí území v Podkrušnohoří a na jihovýchod od Plzně. Mírně se zmenšila oblast s průměrnou hodnotou ve středních Čechách, ale v pásu u Podkrkonoší zůstávají místa s hodnotami ZVVP u středních půd až několik desítek % nad dlouhodobým průměrem. Podobně je tomu v oblasti Jeseníků a severovýchodních Beskyd.

Výskyt vydatných srážek na počátku září z části snížil vláhový deficit. Takřka na třetině území Čech byl v polovině září dosažen, popř. i překročen, dlouhodobý průměr srážkových úhrnů k 1. 10. 2018 (obr. 5). Na Moravě pouze v jižní a střední části byly oblasti s úhrny mezi 50 až 75 % průměru. Dochází tak ke zlepšení ZVB, když na severní části Čech a Moravy má hodnoty dlouhodobého průměru. Ovšem na jižní a střední Moravě, ale i v jižních Čechách jsou stále katastry, kde chybí více jak 200 mm. V těchto je i ZVVP nízká, pohybuje se mezi 25 až 50 %. Tyto hodnoty nacházíme i v okolí Prahy. Pokračující výskyty srážek pozvolna vylepšují množství vody v půdě v konci vegetačního období, tedy koncem září. Jen na Moravě se nachází několik míst, kde je výskyt srážek mezi 50 až 75 % průměru. V Čechách je na sever od Prahy výskyt přes 100 %, podobně na severovýchodě Moravy. Ovšem ZVB_TP se zlepšuje jen nepatrně, v podstatě se od poloviny září výrazně nemění.

Závěr

Při hodnocení množství vody v naší krajině musíme brát v úvahu, že extrémy ve výskytu srážek jsou v posledních letech stále dynamičtější. Prokazatelný je růst teploty vzduchu za období 1961 až 2010, ale naopak je statisticky potvrzený setrvalý stav ročních úhrnů srážek. Z těchto poznatků vyplývá, že se může zvyšovat četnost výskytů sucha, což uvedená hodnocení dokládají.

Potvrzuje se, že hodnoty základní vláhové bilance a zásoby využitelné vody v metrové vrstvě půdy s travním porostem jsou vhodným ukazatelem určení výskytu sucha a hodnocení jeho intenzity. Předložené výsledky potvrdily, že území ČR je z hlediska vláhové bilance velmi rozdílné. Vliv na toto rozložení má proměnlivý výskyt srážek, ale také hodnoty teploty vzduchu, které jsou v suchých letech, hlavně v letním období, mimořádně vysoké. Sucho má určitý kumulativní charakter, v nepříznivých podmínkách se jeho intenzita a dopady s každým dnem zvyšují. Následky potom mohou trvat dlouhou dobu po jeho ukončení.

Nástupy sucha i místa výskytu jsou v závislosti na srážkách proměnlivé, ale přesto můžeme uvést, že se sucho nejčastěji vyskytuje v našich nejteplejších oblastech s nejnižšími ročními úhrny srážek. Z hlediska udržení srážkové vody v naší krajině jsou důležité vlastnosti našich půd jak zemědělských, tak lesnických, na kterých hlavně probíhá vsakování. Proto je důležité přijetí opatření pro zlepšení infiltrační schopnosti a zvýšení retenční kapacity těchto půd do původního stavu.

Souvisí s tím i opatření pro snížení eroze půdy, protože orniční horizont má tuto kapacitu významně vyšší než na erodovaných půdách, kde horní vrstvu tvoří podorničí. Zvýšení členitosti naší krajiny přispěje ke snížení odtoku vody.

Podle výsledků klimatologických modelů by mohlo dojít ke vzrůstu průměrných ročních teplot koncem tohoto století až o více než dva stupně, ale srážkové úhrny budou víceméně shodné se současnými. Z toho plyne jeden významný poznatek, že na našem území by se mohly významně snižovat hodnoty vláhové bilance, a to znamená zvyšování jak intenzity, tak četností výskytu sucha. Pro snížení negativních dopadů změn klimatu bychom měli konat preventivní kroky, aby se nedostatek vody nestal bezpečnostním rizikem.

Poděkování

Příspěvek byl vypracován s podporou projektu NAZV registrační číslo QK1720285 „Metody korekce vláhových potřeb plodin zohledňující scénáře změn klimatu území ČR pro optimalizaci managementu závlah“.

Tento článek byl zpracován na základě příspěvku, který byl publikován ve sborníku konference Vodní nádrže 2017, ISBN 978-80-905368-5-2.

Posted by & filed under Hydrochemie, radioekologie, mikrobiologie, hydrobiologie.

Souhrn

Příspěvek se zabývá vlivem sedimentu přítokové části nádrže Vranov na přísun fosforu (P) do vodního sloupce nádrže za různých podmínek dostupnosti tzv. terminálních akceptorů elektronů, zejména rozpuštěného O2 a NO3. Přítokové části eutrofních nádrží jsou typické vysokou primární produkcí fytoplanktonu a následnou sedimentací organického materiálu. Mikrobiální procesy spotřebovávají při jeho mineralizaci akceptory elektronů a v závislosti na míchání vodního sloupce může docházet k výkyvům jejich dostupnosti. Pro určení jejich vlivu byly kóry sedimentů inkubovány pět týdnů ve třech různých variantách, které simulovaly: i) anoxický vodní sloupec se současným vyčerpáním NO3, ii) saturovaný vodní sloupec s rozpuštěným O2 a iii) saturovaný vodní sloupec O2 a zvýšené koncentrace NO3. Pomocí sledování změn koncentrací ve vodě nad sedimentem, průběžné analýzy pórové vody a změn ve složení částic a zastoupení forem a množství P na začátku a konci experimentu jsme zjistili míru uvolňování P a určili vliv železa (Fe) v tomto sedimentu.

Úvod

Ke zhoršování kvality vody (myšleny zejména projevy eutrofizace a jevy s ní spojené) dochází především vnosem fosforu (P) do nádrže přítokem. Na tento negativní proces však mají často aditivní vliv také sedimenty, ze kterých se P buď může uvolňovat, nebo jej sedimenty málo zadržují. Sedimenty v nádržích tak fungují jako dynamický zásobník látek, do kterého se současně ukládají a z něj i uvolňují v závislosti na okolních podmínkách a biogeochemických procesech. Výměna látek mezi vodou a sedimenty je řízena zejména teplotou vody, přísunem látek (koncentrace a formy) z povodí, průtoky, disturbancemi sedimentů (povodňové epizody, manipulace s hladinou, ryby), přítomností vazebných prvků (železo, hliník, mangan, organická hmota) a dalšími vlivy.

Přítokové části nádrží obvykle zachycují největší objemy sedimentů, jejich množství a kvalita se však liší nejen v podélném, ale i v příčném profilu nádrže v závislosti na hydraulických vlastnostech vodního sloupce. V přítokových zónách rovněž dochází k nejmasovějšímu rozvoji řas a sinic, jejichž biomasa postupně sedimentuje z vodního sloupce. Pokud se tak děje ještě v zóně úplného míchání vodního sloupce, zpravidla nedochází ke kumulaci sestonu na dně, ale k jeho rychlému rozkladu. V případě, kdy míchaná část vodního sloupce již nedosahuje ke dnu, dochází ke vzniku lokálních bezkyslíkatých zón, k nedostatečnému rozkladu sedimentovaných částic a k ukládání nestabilizovaného, živinami bohatého sedimentu, schopného efektivně uvolňovat živiny zpět do vodního sloupce [1]. Zóny dna těchto částí nádrže se tak často mění ve smyslu dostupnosti kyslíku (O2) a případně dusičnanů (NO3), které mají zásadní vliv na metabolismus bakterií a určují chování sedimentu.

S rostoucí hloubkou nádrže klesá vliv sedimentu jako zdroje živin k rozvoji fytoplanktonu ve vodním sloupci, neboť P uvolňovaný ze sedimentu zůstává v hypolimnetické části vodního sloupce, tedy pod produkční zónou fytoplanktonu. Tyto přítokové části nádrže na rozhraní míchaného/nemíchaného vodního sloupce jsou tak nejdynamičtější a mají největší vliv na trofii celé nádrže.

Sedimenty obsahují nejen částice, ale také pórovou vodu, která funguje jako transportní spojovatel mezi sedimenty a vodou nad sedimenty. Prostřednictvím ní se do sedimentu dostávají z vodního sloupce látky, které jsou zde v nízkých koncentracích a jsou spotřebovávány (zejména rozpuštěný O2, NO3, SO42-). Naopak ze sedimentu jsou transportovány látky, které se vlivem chemických a mikrobiálních procesů na částicích rozpouštějí do pórové vody (např. P, NH4+, CO2 a další).

Rozpuštěné látky v pórové vodě, včetně P, se dostávají ze sedimentu do vody v nádrži buď přímou difúzí, nebo rychleji díky rozrušování celého sedimentu bioturbací bezobratlých živočichů (např. larvy pakomárů) a ryb, produkcí a následným vybubláním plynů nebo resuspenzí sedimentu díky pohybům vody [2]. Biogeochemické změny částic pak závisejí na parametrech, jako je teplota, která dále ovlivňuje rychlosti chemických a zvláště mikrobiálních aktivit, dostupnost tzv. akceptorů elektronů O2, NO3-, SO42- a následně oxidačně-redukční potenciál (Eh) a pH, formy organických látek, a dále pak sorpčně desorpční rovnováhy. Akceptory elektronů jsou důležité pro proces oxidace organických sloučenin bakteriemi. Pokud je sediment anoxický a jsou vyčerpány výše zmíněné akceptory (zejména O2 a NO3), dochází k redukci sloučenin MnIV na MnII a zejména více zastoupeného FeIII na FeII, které se tak rozpouštějí do pórové vody. FeIII sloučeniny a zejména jeho (hydr)oxidy jsou hlavním vazebným partnerem pro P, proto dochází k současnému rozpouštění P do pórové vody. Pokud obsahuje pórová voda vyšší koncentrace rozpuštěného Fe, můžeme s jistotou říci, že dochází k redukčnímu rozpouštění Fe (hydr)oxidů a současně k přeměně P z pevné formy do rozpuštěné a zpřístupnění tohoto P pro přechod do vodního sloupce. Sedimenty s vysokými koncentracemi P v pórové vodě mají tak vysoký eutrofizační potenciál.

V tomto příspěvku bude ukázán způsob zjištění potenciálního vlivu sedimentu z přítokové části nádrže Vranov na kvalitu vody v nádrži za přítomnosti či nepřítomnosti kyslíku, dostupnosti NO3 a vysvětlen mechanismus uvolňování P ze sedimentu.

Obr. 1. Inkubační box umožňující paralelní inkubaci vzorků sedimentů (kóry s neporušeným vertikálním profilem) ke sledování vlivu složení vody nad sedimentem (koncentrace O2, NO3); systém obsahuje zásobník vody, který zvyšuje objem vody nad sedimentem zapojený do cirkulujícího oběhu zajišťovaný peristaltickými pumpami, systém míchání vody nad sedimentem (míchací vrtule s jednotnou rychlostí míchání) a box umožňující simulaci bezkyslíkatých podmínek (plexisklová komora s průtokem čistého plynného N2)
Fig. 1. Incubation box allowing parallel incubation of sediment samples (kori with intact vertical profile) to monitor the effect of water composition over sediment (O2, NO3 concentration); the system includes a water reservoir which increases the volume of water above the sediment involved in circulating circulation provided by peristaltic pumps, a stirring system over the sediment (a stirring propeller with a uniform mixing rate) and a box allowing simulation of oxygen free conditions (a plexiglass chamber with a flow of pure N2 gas)

Materiál a metody

Odběr sedimentů

Studovaný sediment byl odebrán na nádrži Vranov v lokalitě mezi „Farářkou“ a „M. Loučky“ 23. 8. 2016. V době a místě odběru byla koncentrace O2 4 mg∙l-1 v hloubce 0,5 m nade dnem. Celkem čtyři paralelní vzorky sedimentů z identické lokality byly odebrány inovovaným gravitačním odběrákem do plexisklových trubic o průměru 20 cm a výšce 40 cm. Takto odebrané vzorky umožnily zachování svrchní vrstvy sedimentu s neporušeným vertikálním profilem, který odpovídal stavu sedimentů v nádrži (vzorky z průběhu inkubace viz obr. 1). Současně byla z vodního sloupce nade dnem odebrána voda do 25 l barelů, která sloužila následně během inkubačního sledování jako zásobárna vody. Tento objem (společně s vodou nad sedimentem v odběrové trubici) odpovídal výšce vodního sloupce 1 m nad plochu sedimentu vzorků v trubicích.

Inkubace kórů a sledování změn koncentrací ve vodě nad sedimentem

Kóry sedimentů byly umístěny do inkubačního boxu temperovaného na 12 °C, napojeny na systém kontinuální výměny vody mezi vodou nad sedimentem v kóru a zásobní vodou v barelu. Nad sediment byly následně umístěny míchací vrtule simulující pomalé proudění vody nad sedimentem (obr. 1). Byly simulovány tři varianty podmínek ve vodním sloupci:

  • vodní sloupec bez přítomnosti rozpuštěného O2 a NO3 (sediment byl umístěn v uzavřeném plexisklovém boxu, do kterého neustále proudil čistý plynný N2, který současně probublával také barel s vodou),
  • sediment s neustálým přísunem O2 ve vodním sloupci (otevřená trubice se sedimentem a vodou, barel navíc probubláván atmosférickým vzduchem),
  • sediment s přísunem rozpuštěného O2 a za zvýšené koncentrace NO3 (bublání jako v předešlé variantě, navíc přidán do barelu rozpuštěný NaNO3, jehož přídavek odpovídal celkovému přísunu NO3N 4 mg∙l-1). Sediment byl inkubován po celkovou dobu 35 dní, během níž byl třikrát týdně odebírán vzorek vody pro sledování změn koncentrací rozpuštěných iontů a prvků.
Tabulka 1. Označení jednotlivých extrahovaných frakcí a popis nejdůležitějších forem P, Mn, Fe a Al extrahovaných v jednotlivých extrakčních krocích
Table 1. Labeling of individual extracted fractions and description of the most important forms of P, Mn, Fe and Al extracted in individual extraction steps

Analýza pórové vody

Každý týden byl monitorován ve všech variantách vývoj koncentrací rozpuštěných látek v pórové vodě vertikálního profilu sedimentu. Pro vzorkování pórové vody byla použita upravená technika DET (Diffusive Equilibrium in Thin Film). Minipeeper s aktivní gelovou částí o celkové délce 9 cm byl zasunut do sedimentu a exponován zde 24 hodin. Tato málo invazivní metoda a velký průměr kórů nám umožnila vzorkování pórové vody ve stejném kóru, pouze na vždy jiném místě. Pro informace ohledně této techniky viz [3, 4].

Formy P v sedimentu a sledování změn složení částic

Pro sledování změn složení částic sedimentů vyvolaných vývojem sedimentu za různých podmínek inkubace byl vzorek sedimentu analyzován pomocí frakcionace P. Jeden kór byl v době začátku inkubace (použit čtvrtý neinkubovaný replikát) rozřezán ve vertikálním profilu do vrstev o výšce 1 cm. V těchto vrstvách byl stanoven obsah (105 °C, 2 hod) a ztráta žíháním, která odpovídá obsahu organické složky v částicích sedimentu (550 °C, 2 hod). Vzorky z jednotlivých vrstev byly analyzovány pomocí frakcionace podle Jan a kol. [5], ke stanovení forem P a jeho vazebných partnerů (tabulka 1). Stejně byly rozřezány a zanalyzovány tři inkubované kóry po ukončení inkubačního sledování, ke stanovení změn složení částic způsobených různými podmínkami ve „vodním sloupci nad sedimentem“.

Výsledky a diskuse

Obecné vlastnosti sedimentu

Základní parametry sedimentu před zahájením inkubací jsou vyobrazeny na obr. 2. Sediment obsahoval 86 % vody v nejsvrchnější vrstvě 0–1 cm a postupně klesal až na 57 % ve vrstvě 8–9 cm. Částice sedimentu, které tvořily zbytek sedimentu, pak obsahovaly přibližně 14 % organické složky (stanoveno jako ztráta žíháním při 550 °C) a klesaly s hloubkou sedimentu na 12 % ve spodní sledované vrstvě. Zjevně vyšší zastoupení organické složky v nejsvrchnější vrstvě je způsoben nasedimentovanou organickou hmotou v průběhu produkční sezony fytoplanktonu. Pokud se pak zaměříme na poměr mezi obsahem P rozpuštěného v pórové vodě a celkovým obsahem P v jednotlivých vrstvách (rozpuštěný + částicový), vidíme, že pórová voda na počátku inkubace obsahovala pouze méně než 1 % z celkového množství P v sedimentu a klesala s hloubkou až na 0,5 %. Ačkoli se zdá toto procento velice nízké, hraje pórová voda významnou roli nejenom z hlediska množství P v ní, ale také jako transportní médium mezi sedimentem a vodou nad ním viz dále.

Obr. 2. Základní charakteristika složení studovaného sedimentu z přítokové části nádrže Vranov; vlevo – procentuálně vyjádřené hmotnostní zastoupení pórové vody a částic, uprostřed – ztráta žíháním částic při 550 °C, vpravo – procentuální vyjádření obsahu P v pórové vodě vůči celkovému obsahu P v jednotlivých vrstvách sedimentu
Fig. 2. Basic characteristics of the composition of the studied sediment from the inlet part of the Vranov reservoir; left – percentage weight of porous water and particles, middle – loss of particle annealing at 550 °C, right – percentage of content of P in pore water to total P content in individual layers of sediment

Změny koncentrací ve vodě nad sedimentem

Výsledky monitoringu vody nad sedimentem v průběhu inkubačního pokusu ukázaly výrazný vliv podmínek během inkubace (obr. 3). Zatímco sediment inkubovaný za anoxických podmínek vody nad sedimentem (anox) vykazoval kontinuální uvolňování P ze sedimentu, u obou oxických variant, jak bez přídavku NO3 (ox), tak i s přídavkem NO3 (NO3), k uvolňování P ze sedimentu nedocházelo. Sediment o ploše 1 m2 tak v anoxii uvolnil celkem 435 mg P během 35 dní inkubace, vyjádřeno na koncentrace, zatímco počáteční stav byl 70 mg∙m3 P, koncový stav 505 mg∙m3 P, což znamená, že 1 m2 sedimentu každý den obohatil 1 l vody ve vodním sloupci o výšce 1 m o 12,4 µg P. Toto anoxické uvolňování P nebylo doprovázeno uvolňováním Fe do vodního sloupce, jak je vidět na obr. 3, a koncentrace rozpuštěného Fe zůstala na stabilní nízké koncentraci. V oxických variantách došlo k dalšímu poklesu koncentrace Fe, tedy k vysrážení z vodního sloupce do částic. Redukční rozpouštění pak bylo patrné u dalšího redox labilního prvku, manganu (Mn). Z těchto výsledků se může zdát, že za uvolňování není zodpovědné rozpouštění železitých sloučenin s P, opak je však pravdou, jak potvrzují výsledky analýzy pórové vody a frakcionace.

Obr. 3. Průběh změn koncentrací P, Fe a Mn ve vodě nad sedimentem o ploše 1 ma výšce vodního sloupce 1 m vyjádřená v jednotkách g∙m-3
Fig. 3. The course of variations in P, Fe and Mn concentrations in water above the sediment area of 1 m2 and the height of the water column 1 m, expressed in units of g∙m-3

Analýza pórové vody

Z analýz pórových vod (obr. 4) je patrné, že na počátku inkubace (den 0) byl vysoký obsah celkového rozpuštěného P v jednotlivých vrstvách sedimentu včetně nejsvrchnější vrstvy 0-0,5 cm (c = 3,3±0,5 mg∙l-1 P). Tato koncentrace byla téměř 50× vyšší oproti koncentraci P ve vodním sloupci na počátku inkubace (70 µg∙l-1 P). Díky tomuto vysokému koncentračnímu gradientu P na rozhraní sediment/voda docházelo k difuznímu transportu P pórovou vodou ven ze sedimentu. Jak je pak patrné z dalších dvou sledování po 14 a 28 dnech, vysoké množství P je stále ve svrchních vrstvách přítomno. Tento obsah P v pórové vodě je tedy výsledkem dvou procesů: i) transportem P ven ze sedimentu (viz akumulace P ve vodním sloupci) a generováním rozpuštěného P uvnitř sedimentu díky přeměně/rozpouštění částic obsahujících P, jak bude ukázáno dále. V případě oxické varianty (ox) v průběhu inkubace docházelo k výraznému poklesu P ve vrstvě 0–3 cm a zejména nejvíce ve svrchních vrstvách pod povrchem sedimentu. Tento pokles byl ještě výraznější u inkubovaného sedimentu s vyšší koncentrací NO3 ve vodním sloupci (NO3). Nízký obsah P tak zapříčinil, že sedimenty P neuvolňovaly.

Pokud se zaměříme na profily rozpuštěného Fe v pórové vodě (obr. 4), je patrné, že mají stejný průběh, jako u P. Znamená to, že v sedimentu nedocházelo k rozpouštění železitých sloučenin s P, naopak díky přítomnosti oxické vody nade dnem docházelo k postupnému „prooxidovávání“ svrchní vrstvy sedimentu a ke srážení nových Fe~P sloučenin. Ke stejnému efektu docházelo, pokud byly přítomny ionty NO3 v sedimentu, které navíc pronikaly do větších hloubek sedimentu a ke srážení rozpuštěného Fe a současně P docházelo ještě efektivněji. Z průběhu koncentrací Fe na počátku inkubací a dále v anoxické variantě by ovšem mělo docházet k uvolňování Fe do anoxické vody. Tento proces však nebyl zaznamenán při monitoringu složení vody nad sedimentem a byl způsoben srážením redukované formy Fe do formy sulfidů FeSx na povrchu sedimentu díky souběžné redukci síranů.

Obr. 4. Analýza změn koncentrací P a Fe v pórové vodě jednotlivých inkubovaných variant sedimentů v průběhu inkubace (den 0, den 14 a den 28); jsou zde zvýrazněny nejaktivnější první 3 cm sedimentu vykazující změny v koncentracích
Fig. 4. Analysis of changes in P and Fe concentrations in the porous water of individual incubated sediment variants during incubation (day 0, day 14 and day 28); there are highlighted the most active first 3 cm of sediment exhibiting changes in concentrations

Obsah P v pórové vodě jednotlivých vrstev lze rozdělit do dvou částí i) H2O frakce (modrá složka) odpovídá P, který se při přechodu do oxické vody díky disturbancím sedimentu (hydraulická resuspenze, aktivita ryb a další) není schopen srazit s rychle oxidovaným Fe pocházejícím ze stejné pórové vody a vytvořit nové částice a ii) HNO3 frakce (oranžová část), která je s tímto rozpuštěným Fe potencionálně srazitelná v oxických podmínkách. H2O část P pórové vody je tedy v případě resuspenze okamžitě v rozpuštěné formě dostupná pro organismy ve vodním sloupci a představuje největší riziko z celkového obsahu P v sedimentu. Pokud by došlo k resuspenzi sedimentu do hloubky 3 cm u sedimentu na počátku inkubace, uvolnilo by se v průměru 90 mg P z jednoho čtverečního metru sedimentu, z čehož 18 mg by se v případě oxické vody nebylo schopno srazit s Fe, a stalo se tak okamžitě dostupným.

Formy P v sedimentu a změny složení částic

Sediment obsahoval na počátku inkubačního pokusu v horních 9 cm celkem 35 g∙m-2 P. Celkové množství různých forem P a Fe stanovovaných frakcionační analýzou, stejně jako jejich procentuální zastoupení v různých vrstvách je zobrazeno na obr. 5. Průměrně 29±3 % P bylo vázáno ve vysoce redukčně labilních sloučeninách Fe a Mn (frakce BD-I), 30±3 vázáno na stabilnější a méně bakteriálně a chemicky redukovatelné sloučeniny Fe a Mn (frakce BD-II), 26±4 % P vázaného na amorfní (hydr)oxidy Al a v organických formách (frakce NaOH-I), 11±2 % ve stabilních organických formách a krystalických oxidech Al (frakce NaOH-II), 4±1 % P ve sloučeninách labilních v nízkých hodnotách pH. Fosfor je v tomto typu sedimentu převážně vázán v železitých (hydr)oxidech, jejich největší zastoupení je pak ve svrchních 3 centimetrech.

Obr. 5. Obsah jednotlivých forem P a Fe a jejich procentuálního zastoupení v sedimentu stanovených pomocí frakcionační analýzy
Fig. 5. Content of individual P and Fe forms and their percentages in sediment determined by fractionation analysis

Změny, které se odehrály během sledovaného období, byly nejvýznamnější ve svrchních 3 cm sedimentu, a byly téměř výhradně způsobeny změnami množství P vázaného na redox labilní (hydr)oxidy Fe a následně Mn, který měl ovšem menší význam vzhledem k jeho malému množství v sedimentu (obr. 6). Uvolňovaný P ze sedimentu pod anoxickým vodním sloupcem byl způsoben rozpouštěním snadno dostupných (hydr)oxidů Fe, které slouží jako terminální akceptor elektronů při mikrobiálním rozkladu organických látek, a na nich vázaného P (frakce BD-I). Pokles jejich množství byl patrný zejména v nejsvrchnější vrstvě 0–1 cm (pokles P o 48 %, pokles Fe o 38 %, viz tabulka 2). Jak bylo ukázáno dříve, Fe se ze sedimentu v anoxické variantě neuvolňovalo, neboť docházelo ke srážení FeSx díky silným anoxickým podmínkám a redukci síranů (stanoveno jako AVS – acid volatile sulfur a přepočítáno s molárním poměrem S : Fe – 1 : 1). Naopak v obou oxických variantách došlo k nabohacení P v BD-I frakcích, a to o desítky procent (obr. 6, tabulka 2). Tento efekt byl způsoben jednak vysrážením rozpuštěného P a Fe z pórové vody a pravděpodobně také díky přeměně původních hůře dostupných (hydr)oxidů Fe. Zatímco při dostupnosti rozpuštěného O2 a NO docházelo k nabohacení množství P a Fe v BD-I frakci, došlo k ochuzení P a částečně Fe v hůře dostupných formách (BD-II). Tento fakt byl zapříčiněn buď oxidací a uvolněním organických látek nasorbovaných na povrchu železitých (hydr)oxidů nebo oxidací redukovaných FeII iontů taktéž na površích těchto sloučenin. Oba mechanismy v sedimentech znepřístupňují bakteriím přenášet elektrony na FeIII (hydr)oxidy [6, 7]. V BD-II frakci jsou navíc
extrahovány krystalické (hydr)oxidy Fe, které mají nižší sorpční schopnosti pro P. Tyto minerály tak zůstaly beze změny, což naznačují zvýšené molární poměry Fe/P v této frakci v obou oxických variantách (tabulka 2).

Obr. 6. Obsah P, Fe a Mn ve svrchních 3 cm sedimentu extrahovaných ve frakcích BD-I a BD-II před inkubací (varianta start) a po inkubacích jednotlivých variant
(varianta anox, ox a NO3); AVS-Fe bylo stanoveno jako sulfidická síra přepočítána na Fe v molárním poměru 1 : 1
Fig. 6. P, Fe and Mn content in the upper 3 cm sediment extracted in BD-I and BD-II fractions prior to incubation (start option) and after incubation of individual variants (anox, ox and NO3 variant); AVS-Fe was determined as sulphide sulfur converted to Fe in a molar ratio of 1 : 1

Potencionální význam P ze sedimentu pro přítokovou část nádrže

Přes veškerou snahu se při inkubaci přiblížit podmínkám v nádrži, včetně použití nejlepších dostupných postupů, bude vždy obtížné extrapolovat výsledky do většího měřítka. I přesto se níže pokusíme o vyjádření vztahu mezi naměřenými výsledky a situací v nádrži.

Na základě předchozího monitoringu lze předpokládat:

  • Při ploše sedimentů s oxicko-anoxickým režimem 200 000 m2, průměrnou hloubkou této části nádrže 1,5 m je objem vody nad plochou: 300 000 m3, pak, při koncentraci rozpuštěného P 0,05 mg∙l-1 je ve stanoveném objemu obsaženo 15 000 g P.
  • Při uvolňování 12,4 mg∙m-2∙d-1 je denně do definovaného objemu uvolněno 2 500 g P, tj. 17 % dostupného P ve vodním sloupci.
  • Ve svrchní vrstvě 0–3 cm sedimentu, za anoxických podmínek, je obsaženo 20 mg∙m-2 rozpuštěného a nesrazitelného P (H2O frakce). Při uvažované ploše 200 000 m2 se toto množství rovná 12 000 g P. Toto množství představuje 80 % dostupného P přítomného ve vodním sloupci nad danou lokalitou. Při potencionální resuspenzi sedimentu by se tedy uvolnilo obrovské množství okamžitě dostupného P.
  • Za přítomnosti kyslíku a současně NO3 ve vodním sloupci (varianta NO3) je obsah tohoto nejrizikovějšího P ve vrstvě 0–3 cm pouze 3 mg∙m-2 P. V definované ploše je toto množství rovno 1 800 g P, tj. 15 % dostupného P ve vodním sloupci. Sedimenty v takovémto stavu jsou při resuspenzi daleko méně problematické.
Tabulka 2. Procentuální změny P a Fe během inkubace v BD-I a BD-II frakcích vůči hodnotám před počátkem inkubací a molární poměry Fe/P v jednotlivých frakcích a vrstvách sedimentů
Table 2. Percent changes of P and Fe during incubation in BD-I and BD-II fractions relative to pre-incubation and molar Fe/P ratios in individual fractions and sediment layers

Závěr

Sedimenty z přítokových částí nádrží mají velký vliv na trofický stav nádrží vzhledem k jejich blízkému kontaktu s epilimnetickou vodou. Uvolňovaný P ze sedimentů tak snadno přechází do produkční zóny fytoplanktonu ve vodním sloupci a zvyšuje dostupnost živin i v hlubších již stratifikovaných částech nádrže. Sediment z nádrže Vranov je značně závislý na dostupnosti rozpuštěného O2 a také NO3, které zabraňují při jejich dostupnosti uvolňování P ze sedimentů. V případě jejich nedostatku jsou využívány (hydr)oxidy Mn a zejména pak Fe při mikrobiální mineralizaci nasedimentovaného organického materiálu. Rozpouštění těchto (hydr)oxidů s nasorbovaným P pak vede k uvolňování velkého množství P ze sedimentu. Rychlost uvolňování P za anoxických podmínek odpovídala 12,4 mg P na m2 za den. Toto množství tak výrazně přispívá k dostupnosti živin v nádrži. Za přítomnosti rozpuštěného O2 a/nebo NO3 jsou naopak tyto (hydr)oxidy schopné P zadržovat a kumulovat se v horních vrstvách sedimentu. Toto zadržení však není trvalé a při změně nestabilních oxických podmínek ve vodě nad sedimentem nebo překrytí novým organickým materiálem může docházet k jejich uvolnění. Fosfor obsažený v pórové vodě se také stane rychle dostupným pro vodní sloupec, pokud dojde k narušení povrchu sedimentu ať již zvýšenými průtoky a resuspenzí, či narušením způsobeným aktivitou ryb.

Poděkování

Tato práce vznikla za podpory Technologické Agentury České Republiky (projekt č. TA04021342) a MŠMT (projekt č. LM2015075 a EF16_013/0001782 – SoWa Ecosystems Research).

 

Příspěvek byl publikován ve sborníku konference Vodní nádrže 2017, ISBN 978-80-905368-5-2.

Posted by & filed under Aplikovaná ekologie.

Souhrn

Česká republika v dostatečné míře nevytváří předpoklady pro koncepční přístup k odvodňování měst a obcí podle principů udržitelného rozvoje. Ministerstvo zemědělství ČR, které má v gesci vodu, zcela ignoruje skutečnost, že adaptace urbanizovaných území na změnu klimatu mimo jiné stojí na důsledné aplikaci principů hospodaření s dešťovou vodou, a to nejlépe prostřednictvím modrozelené infrastruktury. Právní a technické předpisy českého stavebnictví jsou ve vztahu k vodnímu režimu urbanizovaných území nekoncepční, nesystémové a nekoordinované. Veškerá odpovědnost tak v tomto ohledu leží na městech, které si mohou pomoci vytvořením vlastních koncepčních dokumentů s pravidly pro aplikace modrozelené infrastruktury. Jsou metody, kterými toho lze na úrovni měst a obcí dosáhnout, účinné, a jsou využívány? Jak obce a města využívají finančních pobídek od SFŽP? Dá se lokálními postupy, dokumenty a pravidly nahradit role státu?

Úvod

Naše projektová kancelář se za posledních 12 let spolupodílela na vzniku několika dokumentací, které hospodaření s dešťovou vodou (HDV), tento nový systém odvodňování urbanizovaných území, zaváděly do koncepcí odvodnění, do generelů odvodnění měst a do metodických příruček na úrovni systémového opatření. Pro statutární město Karviná jsme v rámci mezinárodního projektu RainDROP [1] vytvářeli metodiku, jak principy HDV začlenit do územního plánu města. Pro Hranice na Moravě jsme spoluvytvářeli zásady pro matematický model kanalizačního generelu města, kde byla rozvojová území odvodněna již podle pravidel HDV. Pro statutární město Hradec Králové jsme se podíleli na vytvoření Studie odtokových poměrů (SOP) [2], přenesení jejich principů do matematického modelu kanalizačního generelu a na Metodické příručce pro aplikaci principů HDV do praxe. Zkušenosti z Hradce Králové jsme uplatnili ve statutárním městě Olomouc, kde jsme také vytvořili SOP [3] a Metodickou příručku HDV. Oběma městům jsme doporučili vypracování Městských stavebních standardů a v současnosti je pro město Olomouc zpracováváme. Výčet dokumentací, na kterých vznikaly naše zkušenosti s tvorbou a projednáváním pravidel pro zavádění HDV, je tu uveden ze stejného důvodu, jako se ve výzkumu nějakých vzorků, nebo ve vyhodnocování reakcí zkoumaných respondentů, uvádí jejich počet, aby se tím stanovila míra pravděpodobnosti, že se tento jev nebo chování lidí bude opakovat, než se tato zkušenost zobecní.

Na rozdíl od většiny článků v tomto časopise, který je zaměřený na výzkum, budou v tomto článku popsané poznatky často subjektivní, prakticky nezměřitelné a číselně nevyhodnotitelné. Často se bude jednat o chování lidí, které se ve všech projektech opakovalo, ale protože předmětem našeho zadání nebylo vyhodnocování chování zúčastněných, nezaznamenávali jsme je a nevyhodnocovali je. Časem jsme ale pochopili, že se jedná o jistý vzorec chování, který vážně mění výsledek naší práce. Bylo nutné ho vyhodnotit a třeba změnit obsah dokumentace, nebo metodické postupy v příručce, či způsob vyhodnocování výsledků matematického modelu se srážkoodtokovým dějem podle principů HDV. Práce na výše uvedených dokumentacích vyžadovala zcela nový přístup, protože jsme tvořili zcela novou dokumentaci, pro zcela nové řešení odvodnění. A toto řešení bude vyžadovat pochopení nové role vody ve městě a zásadně jiného přístupu k ní.

Když jsme vyhodnotili základní atributy současné situace ve vodním hospodářství měst z pohledu role státu a když jsme získali zkušenost se zaváděním principů udržitelného rozvoje do života měst, uvědomili si, že je potřeba tyto zkušenosti zveřejnit, i když se nejedná o žádné vědecko-výzkumné poznání.

Původnost našeho sdělení snad nelze zpochybnit, jelikož se domnívám, že naše poznatky a zkušenosti jsou unikátní.

Současná situace v aplikaci modrozelené infrastruktury na úrovni státu

Stavební a vodní zákon předepisují dodržování principů hospodaření s dešťovou vodou nekoordinovaně, což v našich městech a obcích aplikaci modrozelené infrastruktury velmi ztěžuje. Modrozelená infrastruktura jsou přírodě blízká opatření, která vrací vodnímu režimu jeho původní podobu. Našim úkolem je srážkovou vodu bezpečně vsakovat do podzemí, zvyšovat prostřednictvím zeleně její evapotranspiraci a smysluplně ji využívat k provozu nemovitostí. Zeleň poté města a její obyvatele daleko lépe chrání před účinky dlouhotrvajícího horkého počasí. Modrozelená infrastruktura je zcela zásadním opatřením adaptace na změnu klimatu urbanizovaných území a základním nástrojem prevence proti záplavám a proti suchu.

Problém je v tom, že podmínky pro aplikaci těchto opatření nejsou v ČR doposud dostatečně institucionalizovány. Výklad právních předpisů týkajících se odvodňování měst je vágní a nejednoznačný. Není jasné, co má projektová příprava obsahovat, jaké jsou relevantní podklady, či jsou-li objekty HDV vodními díly. Stejně tak není u změn staveb a změn jejich užívání jasné, kam až sahá povinnost přebudovat/dobudovat u těchto stávajících staveb jejich odvodnění [4, 5]. To vše vede k velmi špatné vymahatelnosti těch mála předpisů, které se pro aplikaci HDV dají využít. Základním nedostatkem v aplikaci HDV je to, že ČR patří k těm mála státům Evropy, kde se za odvádění srážkové vody ze staveb k bydlení a z komunikací poplatky neplatí. Chybí tak finanční motivace pro majitele těchto nemovitostí.

Obr. 1. Přehled základních objektů a zařízení hospodařících s dešťovou vodou (zdroj: JV PROJEKT VH, s. r. o.)
Fig. 1. Overview of main SuDS measures (source: JV PROJEKT VH, s. r. o.)

Do technických předpisů jednotlivých oborů českého stavebnictví doposud nebyla zapracována a vzájemně zkoordinována pravidla pro novou roli vody a zeleně v našich městech a obcích. Stát se doposud nevyjádřil k tomu, v jakých všech aspektech lidské činnosti je nutné změnit náš přístup a chování tak, aby se naše společnost byla schopná připravit na nové klimatické podmínky. Technické normy pro komunikace a pozemní stavby doposud neintegrovaly požadavky, které jsou obsažené, nebo vyplývají z TNV 75 9011 Hospodaření se srážkovými vodami. Nejpatrnější je to u ČSN 73 6005 Prostorové uspořádání sítí technického vybavení. V této normě objekty decentrálního odvodnění, resp. modrozelené infrastruktury vůbec nefigurují, tzn. že v uličních profilech není definována poloha inženýrských sítí vůči MZI, jejich vzájemné situační a výškové uspořádání, nejsou stanovena ochranná pásma.

Připravit města a obce na změnu klimatu vyžaduje změnit v mnoha oborech náhled a myšlení všech, kteří nemovitosti staví, schvalují a povolují, nebo v nich bydlí. V procesu výstavby zejména staveb pro bydlení je státní správa jedinou instancí, která může dodržování pravidel udržitelného rozvoje zajistit. Snaha některých developerů tato pravidla obcházet, vyžaduje, aby státní správa měla k dispozici kvalitní právní a technické předpisy, kterým bude rozumět a nebude o nich pochybovat.

Metody, jimiž lze modrozelenou infrastrukturu do měst a obcí integrovat

Letitá stagnace zájmu odpovědných ministerstev vytvořit ucelené a sladěné právní a technické předpisy nás v průběhu let vedla k podpoře měst a obcí, aby si vytvářela územně plánovací dokumentace s integrovanými pravidly pro aplikaci modrozelené infrastruktury, které budou platné a závazné na katastrech, který spravují. V tomto doporučení jsme vycházeli z toho, že lze využít těch paragrafů z platných zákonů, které se HDV zabývají a nevšímat si těch, které jsou s nimi v rozporu.

Na základě našich zkušeností, které jsme učinili zejména v Hradci Králové a Olomouci, se domníváme, že k tomu, aby si města a obce vytvořila předpoklad pro systémový přístup k decentrálnímu odvodnění a aplikaci MZI, tak si musí vytvořit tři klíčové koncepční dokumenty – Studii odtokových poměrů, Městské stavební standardy a Metodickou příručku pro aplikaci HDV, resp. MZI.

Studie odtokových poměrů (SOP) – koncepce odvodnění města

Většina českých měst má koncepci odkanalizování a odvodnění definovanou kanalizačním generelem. Tyto generely vychází z pasportů kanalizace a prostřednictvím matematického modelu město získává informace o provozních stavech ve stokové síti podle toho, jak se bude rozvíjet. Tyto generely byly vytvořeny na konvenční odvodnění, v době, kdy se ještě principy HDV neznaly. V současnosti je jen málo měst, jejichž kanalizační generely, resp. jejich matematické modely stokové sítě mají principy HDV do sebe zapracovány na úrovni systémového opatření. Srážkoodtokový děj konvenčního odvodnění, kdy voda odtéká nejkratší cestou z pozemku do kanalizace, nebo řeky, je zcela jiný, než je tomu u decentrálních systémů odvodnění, které principy HDV naplňuje. Když uvážíme, že stavební zákon vyhláškou č. 501/2006 Sb. předepisuje povinnost regulovat odtok srážkových vod ze všech nových staveb od roku 2007 a zákon o vodách č. 254/2001 Sb. tuto povinnost od 1. 8. 2010 vztahuje i na stávající zástavbu, na které provádíme změny nebo měníme jejich užívání, tak je snad nejvyšší čas generely aktualizovat.

Tomu by ale mělo předcházet vytvoření koncepce odvodnění města tzv. studie odtokových poměrů. Základní smysl a význam zároveň tohoto dokumentu je v tom, že v zemi, kde je chaos v dodržování výše uvedených právních ale i technických předpisů, získá město dokument, který mu umožní mít představu o tom, jaká opatření se na celém území města mají či mohou aplikovat. Jak vypadá povinnost ctít principy HDV tam, kde jejich aplikace jednoduchá, jak tam, kde je komplikovaná a tam, kde aplikace principů HDV je velmi omezená.

Koncepce odvodnění ze zásad HDV vytvoří systémová pravidla a opatření, podle kterých se ve městě začne stavět a přestavovat veškerá zástavba při dodržení principů udržitelného rozvoje. Smyslem HDV je prevence proti záplavám a tím se stává nedílnou součástí adaptace na změnu klimatu. Je nanejvýš vhodné, aby si města spolu s koncepcí odvodnění tvořila koncepci prevence proti suchu a celé se to spojilo do jednoho dokumentu, který bude součástí celkové adaptace města na změnu klimatu.

SOP – koncepce odvodnění města podle principů HDV přináší:

  • snížení dopadů lokálních záplav, kdy na relativně malou urbanizovanou plochu spadne obrovské množství vody (jev, který změnu klimatu charakterizuje);
  • zmenšení podílu čisté srážkové vody v jednotné kanalizaci, čímž se sníží počet přepadů na odlehčovacích komorách;
  • snížení podílu zředěné odpadní vody v povrchových tocích – sníží se tím četnost hydraulických a látkových šoků, které řeky a potoky při přívalových srážkách dostávají;
  • zvýšení dotace podzemních vod;
  • zvýšení vlhkosti ovzduší v zástavbě s MZI, která město ochlazuje při dlouhých obdobích sucha, kdy roste počet tropických dnů (jev, který změnu klimatu charakterizuje).

V rámci tvorby koncepce odvodnění města se dokonale zmapují možnosti aplikace HDV ve stávající zástavbě a to, jaký to bude mít vliv na kapacitu stokové sítě, čistotu povrchových toků, které jím protékají a režim podzemních vod.

Zaměření SOP odpovídá účelu, jakému má sloužit a obsahuje:

  • zmapování potenciálu města či obce, ve které stávající zástavbě lze aplikovat principy HDV a za jakých podmínek lze stávající konvenční odvodnění přestavět na decentrální, popř. integrovat MZI;
  • definování podmínek aplikace modrozelené infrastruktury pro novostavby;
  • vyhodnocení území z hlediska významu místních vodních režimů, která jsou pro jakoukoli výstavbu nevhodná až nezpůsobilá;
  • analýzu větších rozvojových ploch – stanovení podmínek, za jakých bude možné do nich postupně a nepravidelně vstupovat, aniž by byla ohrožena bezpečná aplikace modrozelené infrastruktury;
  • zapracování principů HDV do kanalizačního generelu města.

SOP se dělí:

  1. podle legislativy ČR – je nanejvýš vhodné sladit výklady právních předpisů na obou úrovních státní správy;
  2. podle stupně PD – formulace závazných pravidel, která jsou specifikována pro jednotlivé typy dokumentací, stupně a fáze projektové přípravy až po předání/převzetí stavby do užívání;
  3. podle místa stavby – pro návrh a posouzení odvodnění stávající zástavby lze využít kategorizace území a pro návrh a posouzení odvodnění novostaveb na rozvojových plochách platí pravidla a postupy předepsané v návrhu odvodnění rozvojových ploch;
  4. podle principů HDV – jde o definice parametrů objektů HDV pro návrh a posouzení odvodnění všech staveb.

Městské stavební standardy (MSS)

Jak už bylo výše uvedeno, v českých technických předpisech chybí zkoordinované zásady HDV s ostatními stavebními profesemi tak, aby řešitelé a schvalovatelé projektových dokumentací věděli, jak by pozemní, dopravní a vodohospodářské stavby měly ve městech a obcích vypadat, aby splňovaly zásady udržitelného rozvoje. Pokud si chce město zajistit podstatně jednodušší proces schvalování, může si nechat vytvořit stavební standardy zejména pro vznik pozemních a dopravních staveb, které vytváří náhled na podobu a funkci různých typů staveb s účastí modrozelené infrastruktury.

Městské stavební standardy je dokument, který nabízí škálu opatření, jednotlivé prvky MZI, kterými lze dosáhnout jejich integrace do různých typů ve stávající zástavbě nebo při výstavbě novostaveb. Vznikla zkoordinovaná pravidla, konstrukční a zásady o vzájemném uspořádání jednotlivých staveb na veřejném prostranství a na soukromých pozemcích.

Smyslem městských stavebních standardů není poskládání jednotlivých funkcí podle toho, co se kam vejde. Tým řešitelů musí být složen z profesionálů v jednotlivých oborech a musí k zadání přistoupit citlivě a městotvorně. Hlavní zásadou musí být, že je úkolem vytvořit zkoordinovaná pravidla a kritéria, nikoli katalog typových řešení. Tvůrčí kreativita urbanistů, architektů, dopravních inženýrů a krajinářů, kteří se pravidly budou řídit, nesmí být omezena. Aplikace modrozelené infrastruktury nesmí být na úkor ostatních profesí, ale v souladu s nimi. V současné době na takových městských standardech pro jedno město pracujeme a poznatky jsou nesmírně zajímavé. Tím, že s podobným přístupem je zatím malá zkušenost, není úkol vůbec jednoduchý. Vidíme, jak je to složitý proces, co všechno je nutné skloubit a vyladit, aby vznikly vhodné podmínky pro na oko jednoduchá a přitažlivá řešení, která vidíme v zahraničí.

Další důležitou podmínkou úspěšného použití stavebních standardů je, aby si města vytvořila procesní opatření, jimiž si města a obce zajistí na katastru svého území jejich závaznost a vymahatelnost. Způsob, jak si statut závaznosti zajistit, se nabízí schválení MSS jako součást územně analytických podkladů územního plánu, nebo vypracováním územních studií. Domníváme se, že s ohledem na malou zkušenost s kritérii pro aplikace MZI do města by bylo vhodné tato pravidla po nějakém čase seriózně vyhodnotit a zkvalitnit.

Metodická příručka pro aplikaci MZI

Na základě zkušeností s vytvářením a projednáváním dvou studií odtokových poměrů musím konstatovat, že bez metodické příručky pro aplikaci MZI se státní správa neobejde.

Metodická příručka je přehled opatření, procesních postupů a vazeb, jak s dokumenty jako jsou studie odtokových poměrů a městské stavební standardy zacházet, jakým způsobem ve městě zajistit smluvními vztahy kvalitní podmínky pro předávání a přebírání staveb MZI do užívání města, pravidla pro provoz a údržbu MZI, nebo to, aby vstupem prvního developera do území celá koncepce odvodnění nějaké větší rozvojové oblast nevzala za své. Z pohledu měst je potřeba k zavádění principů HDV mít k dispozici taková organizační opatření, která jsou převážně neinvestičního charakteru.

Státní správa je často při vymáhání dodržování předpisů o HDV, resp. MZI ve složité situaci, protože jí brání:

  • efektivnější vnitřní organizace, procedurální nedostatky při schvalování, povolování a kolaudování staveb;
  • neurčený provozovatel městských systémů HDV a zeleně, jež je součástí MZI s jasně definovanými povinnostmi v provozní smlouvě;
  • kvalitní smlouvy mezi městy a developery o předávání a přebírání modrozelené infrastruktury do majetku města;
  • podpora a ochota samosprávy investovat do výše uvedených koncepčních dokumentů.

Metodická příručka je cesta, jak zabránit vzniku nekvalitních, nezákonných a nebezpečných staveb.

Pilotní projekty – možnost financování z Operačního programu Životní prostředí

V současné době se Státní fond životního prostředí ČR snaží motivovat majitele nemovitostí k jinému přístupu ke srážkové vodě prostřednictvím dotací z Operačního programu Životní prostředí (OPŽP). V OPŽP se nachází řada dotačních pobídek, které mohou pomoci městům a obcím zavádět systémy HDV a srážkovou vodu využívat jako vodu užitkovou. Takto podporované projekty se mohou stát ukázkovými stavbami, které pomohou ve společnosti změnit náhled na problematiku HDV, jakožto celé adaptace na změnu klimatu.

V Prioritní ose 1 OPŽP jsou podporovány projekty na přizpůsobení se změnám klimatu. Jedná se zejména o Specifický cíl 1.3 na zajištění povodňové ochrany intravilánu a hospodaření se srážkovými vodami. Podpora v rámci tohoto specifického cíle je poskytována z prostředků Státního fondu ve výši 85 % celkových způsobilých výdajů. Podpora se týká zejména projektů zaměřených na aplikaci hospodaření se srážkovou vodou na stávajících stavbách v intravilánu, tzn. na odpojování srážkových vod z nemovitostí od jednotné kanalizace. U výměny nepropustných zpevněných povrchů za propustné zpevněné a propustné povrchy je podpora poskytována ve výši 50 % celkových způsobilých výdajů.

Oprávnění žadatelé a příjemci podpory jsou kraje, obce, dobrovolné svazky obcí, organizační složky státu, státní podniky, státní organizace, veřejné výzkumné instituce a výzkumné organizace, pokud jsou veřejnoprávními subjekty, městské části hl. města Prahy, příspěvkové organizace, vysoké školy a školská zařízení, nestátní neziskové organizace (obecně prospěšné společnosti, nadace, nadační fondy, ústavy, spolky).

Města a obce mohou využít dotace k realizaci pilotních projektů, na kterých ukáží, jak adaptace na změnu klimatu v městském či obecním prostředí vypadá. V rámci aktivity 1.3.2 OPŽP mezi podporované typy projektů patří opatření a stavby zajišťující prevenci proti záplavám a zároveň prevenci proti suchu:

  • povrchová vsakovací a retenční zařízení doplněná zelení (plošný vsak, průleh, průleh s rýhou, vsakovací nádrž),
  • podzemní vsakovací zařízení s retenčním prostorem vyplněným štěrkem nebo prefabrikáty,
  • povrchové či podzemní retenční prostory s regulací odtoku do povrchových vod nebo kanalizace (suché retenční nádrže, retenční nádrže se zásobním prostorem, podzemní retenční nádrže, umělé mokřady),
  • akumulační podzemní nádrže na zachytávání srážkových vod pro jejich opětovné využití (např. na zálivku či splachování WC),
  • výměna nepropustných zpevněných povrchů za propustné zpevněné a propustné povrchy se součinitelem odtoku každého z nových povrchů do 0,5 včetně,
  • přestavby konstrukcí střech s okamžitým odtokem srážkové vody (keramické, plechové atd.) na povrchy s akumulační schopností (vegetační, retenční) se součinitelem odtoku do 0,7 včetně.

Souhrn podmínek je následující:

  • odpojením srážkových vod z nemovitostí od jednotné kanalizace se lze poplatku úplně zbavit, když se vody po zadržení regulovaně odvedou do povrchového toku, nebo ho výrazně zredukovat vhodnou retencí a využíváním srážkové vody k provozu těchto nemovitostí;
  • v současné době lze žádat o finanční podporu na přestavbu odvodnění, výstavbu zařízení k využívání srážkové vody na provoz nemovitosti z výše uvedené dotace OPŽP do začátku ledna příštího roku;
  • výčet uznatelných položek je dostačující (veškerá projektová příprava až po kolaudaci stavby) a pravděpodobnost získat dotaci je vzhledem k minimu žádostí značná;
  • podmínkou pro podání žádosti je právoplatné územní rozhodnutí a rozpracovaná dokumentace ke stavebnímu povolení do takové podrobnosti, aby bylo možné rozpočtem stanovit investiční náklady stavby;
  • žádost se podává elektronicky emailem a zaměstnanci OPŽP s vyplněním formuláře městům a obcím jsou připraveni pomoci.

Jsou metody integrace modrozelené infrastruktury do měst a obcí využívány?

Z výše uvedeného popisu jednotlivých dokumentací by se mohlo zdát, že se jedná o celkem propracovaný návod, jak organizačně, právně, technicky i metodicky k systémové implementaci principů HDV do života měst a obcí přistoupit (obr. 1).

Přehled toho, co by města a obce vypracováním uvedených dokumentací získaly, jak by byly připraveny na budoucnost a jaké finanční prostředky by ušetřily, je uveden v následujícím textu.

Studie odtokových poměrů

Vytvořením pravidel v rámci SOP si města a obce:

  • zajistí bezpečný udržitelný rozvoj, a to velmi často za finanční prostředky soukromých investorů – obytné soubory, průmyslové areály, logistické stavby atd.;
  • zajistí systém právních a organizačních opatření, jimiž pohlídají, že objekty MZI, které jim budou předávány, budou v potřebné kvalitě a funkčnosti;
  • vytvoří pro výhledovou zástavbu koncepce odvodnění s pravidly postupného zastavování tak, aby měla vše pod kontrolou;
  • v předstihu vyberou budoucí provozní společnost, která bude včas dohlížet a kontrolovat projektovou přípravu, realizaci a přebírání objektů MZI do užívání a připraví se tak na provozování těchto objektů.

Městské stavební standardy

Zkoordinováním stavebních profesí v rámci MSS si města a obce:

  • zajistí vytvoření pravidel pro aplikaci MZI do rekonstruovaných veřejných prostor – náměstí, nábřeží, komunikací atd.;
  • vytvoří různé modelové kombinace opatření a objektů MZI, kterými mohou inspirovat soukromé investory.

Metodika pro aplikaci MZI

Vypracováním metodiky si města a obce:

  • vybaví státní správu a dotčené orgány státní správy jednotnými pravidly a postupy tak, aby nevznikaly nekvalitní a nebezpečné stavby, jako je tomu mnohde nyní;
  • mají možnost zajistit vnitřní organizaci pro schvalování, povolování a kolaudace staveb tak, aby neunikla pozornosti, nekontrolovaně nekvalitní stavba.

Pilotní projekty

Přesto, že se města a obce mohou zbavit značných režijních nákladů, je jejich vztah k využití výše uvedené dotace z OPŽP velmi chladný.

V rámci několika technickoekonomických analýz, které jsme pro města a obce vypracovávali v naší firmě, jsme zjistili následující:

  • poplatkům za odvádění srážkové vody z nemovitostí v majetku měst či obcí nevěnuje jejich vedení často žádnou pozornost, protože o jejich výši a poměrně snadné možnosti se jich zbavit vůbec neví;
  • roční poplatky, které za odvodnění nemovitostí v jejich vlastnictví města a obce platí, často u jednotlivých staveb překračují statisíce korun – jedná se např. o obecní nebo městské úřady, magistráty, základní školy, mateřské školky, sociální zařízení, nemocnice, sportovní areály, plavecké stadiony, zimní stadiony, kulturní domy, muzea, knihovny, areály technických služeb;
  • u univerzitních kampusů přesahují roční poplatky za odvádění srážkové vody často milión korun;
  • odpojením srážkových vod z těchto nemovitostí od jednotné kanalizace se lze poplatku úplně zbavit, nebo ho vhodnou retencí a využíváním srážkové vody k provozu těchto nemovitostí výrazně zredukovat;
  • v současné době lze žádat o finanční podporu na přestavbu odvodnění, výstavbu zařízení k využívání srážkové vody na provoz nemovitosti z výše uvedené dotace OPŽP do začátku ledna příštího roku;
  • výčet uznatelných položek je dostačující (veškerá projektová příprava až po kolaudaci stavby) a pravděpodobnost získat dotaci je vzhledem k minimu žádostí značná;
  • podmínkou pro podání žádosti je právoplatné územní rozhodnutí a rozpracovaná dokumentace ke stavebnímu povolení do takové podrobnosti, aby bylo možné rozpočtem stanovit investiční náklady stavby;
  • žádost se podává elektronicky emailem a zaměstnanci OPŽP s vyplněním formuláře městům a obcím jsou připraveni pomoci.

Na několika projektech (obr. 2–4) jsme si udělali analýzu výhodnosti využití dotace při odpojování srážkových vod od kanalizace podle pravidel Aktivity 1.3.2 – Hospodaření se srážkovými vodami v intravilánu. Předložené příklady jsou aplikace HDV na konkrétních stavbách, o kterých je uvažováno, že se stanou předmětem žádosti o dotaci z OPŽP.

Areál základní školy – Příklad 1

Velikost areálu činí 1,7 ha a poplatek za odvádění srážkové vody 120 216 Kč/rok.

Obr. 2. Situace školního areálu (zdroj: JDTM ZK)
Fig. 2. Site layout (source: JDTM ZK)

Areál základní školy – Příklad 2

Velikost areálu činí 2,1 ha a poplatek za odvádění srážkové vody 140 149 Kč/rok.

Obr. 3. Situace školního areálu (zdroj: JDTM ZK)
Fig. 3. Site layout (source: JDTM ZK)

Areál nemocnice – Příklad 3

Velikost areálu činí 6,7 ha a poplatek za odvádění srážkové vody 232 142 Kč/rok.

Obr. 4. Situace areálu nemocnice (zdroj: JDTM ZK)
Fig. 4. Site layout (source: JDTM ZK)

Investiční náklady na odpojení srážkové vody, její retenci a regulovaný odtok jsou u jednotlivých staveb odhadnuty na základě technického řešení, o němž řešitelé předpokládají, že je reálné. Jelikož se u těchto staveb zároveň uvažuje se zateplením střech, byly u nich vyčísleny i náklady na zateplení a na přestavbu střech z plechové na vegetační.

Do návratnosti investice do odpojení srážkové vody ze školy od jednotné kanalizace spolu s přestavbou střechy byla započítána jenom ta část rekonstrukce střechy, která se netýká zateplení, ale v rámci zateplení by se musela udělat.

Těžko se chápou důvody nedostatečné prozíravosti při rozhodování o pořízení koncepčních dokumentací SOP, MSS a metodiky. Ale proč města, obce, univerzity nemotivují výsledky technickoekonomických analýz, když platí za odvádění srážkové vody do jednotné kanalizace takové výdaje, když ke zbavení se poplatků je snadná cesta a když za šest až sedm let by měly investici poplatky umořenou.

Z informací, které máme, to nevypadá, že by se vypracování výše uvedených koncepčních dokumentací v obdobné propracovanosti zabývalo více měst, než jsou ta, o kterých je ve článku zmínka. Podle zprávy ze SFŽP není o tento dotační titul zájem.

A to nás vede k otázkám… proč, proč, proč?

Je vztah obyvatel České republiky k závěrům většiny vědců, klimatologů, hydrologů, vodohospodářů natolik nedůvěřivý, že nevyvolávají dostatečný tlak na politiky, aby se situací něco dělali?

Proč v době, kdy některé země dávaly vodě statut národního zájmu, naši vrcholní politici zpochybňovali, že vůbec změna klimatu nastala?

Proč naše země ztratila čas, po který mohla usilovat o zastavení některých následků změny klimatu a zahájit systematickou přípravu na její adaptaci zejména v oblasti vzdělávání, výzkumu, monitoringu stavu krajiny, v analýzách vlivu na stavebnictví, dopady na zdraví atd.?

Závěr

V současnosti se řada ambiciózních projektů zasíťuje pojmy „smart city“, „smart regiony“, což v kontextu uvedených zkušeností nezní moc přesvědčivě.

Důvody toho, proč se města a obce obtížně chápou role garanta adaptace na změnu klimatu na svém katastru, vidíme ve třech důvodech – v nezávislosti státní správy na samosprávě – v nedostatečných vědomostech v oblasti environmentálních věd – v neznalosti ekonomických souvislostí.

Státní správa se velmi často obává používat výše uvedené koncepční dokumentace k vymáhání dodržování zásad pro aplikaci HDV, i když jsou obrazem platných zákonů a jejich prováděcích předpisů a technických norem. Navíc její nejistota také pramení z toho, že funguje dvoustupňově a na krajské úrovni nemusí souhlasit s interpretací pravidel a zásad, protože si znění zákonů vysvětlují jinak.

Tabulka 1. Odhad investičních nákladů a výpočet návratnosti (zdroj: JV PROJEKT VH, s. r. o.)
Table 1. Estimation of investment costs and payback period (source: JV PROJEKT VH, s. r. o.)
Tabulka 2. Odhad investičních nákladů a výpočet návratnosti (zdroj: JV PROJEKT VH, s. r. o.)
Table 2. Estimation of investment costs and payback period (source: JV PROJEKT VH, s. r. o.)
Tabulka 3. Odhad investičních nákladů a výpočet návratnosti (zdroj: JV PROJEKT VH, s. r. o.)
Table 3. Estimation of investment costs and payback period (source: JV PROJEKT VH, s. r. o.)

Povědomost v oblasti environmentálních věd v souvislosti s HDV, MZI a adaptací na změnu klimatu je u představitelů měst a obcí nevyrovnaná a nedostatečná. Z toho vyplývá nezájem a neochota se vůbec problematikou zabývat, natož nechávat zpracovávat „drahé a složité“ dokumentace a metodiky, které přinesou celou řadu nových a neznámých postupů a povinností.

Neznalost ekonomických souvislostí způsobuje to, že vedení měst a obcí vůbec neví, kolik platí za odvádění srážkové vody ze svých nemovitostí a to, že by se těchto poplatků mohli poměrně jednoduše zbavit (tabulka 1–3).

Závěr, který nám z našeho poznání vyplývá, je ten, že adaptace na změnu klimatu je úkol celospolečenského významu, že to bez seriózní role zodpovědného státu, nejvyšší autority, která jde příkladem svým občanům v systémovosti a koncepčnosti, nevyřešíme.

A k tomu, aby byl proces úspěšný a netrval nepřiměřeně dlouho, je nutné, aby v něj měla veřejnost důvěru. K tomu je nutné, aby měla důvěru ve vládu a své politické reprezentanty, protože tento proces je nutné organizovat ze shora. Proto je uvědomění si důsledků české zkušenosti s ignorováním environmentálních principů stejně důležité, jako je tomu u jiných vážných historických zkušeností v minulosti. Adaptace na změnu klimatu není téma krátkodobé a nemusí být časem jen otázkou našeho blahobytu, ale zdravého života ve městech vůbec. Příkladem nám mohou být ty hospodářsky vyspělé státy, které tématu klimatu věnují náležitou pozornost a investují nebo iniciují investování do přípravy opatření k eliminaci dopadů změny klimatu obrovské finanční prostředky.

 

Původní příspěvek byl publikován ve sborníku konference Vodní nádrže 2017, ISBN 978-80-905368-5-2.

Posted by & filed under Ze světa vodního hospodářství.

Mohl byste popsat Vaše zkušenosti z desetiletého působení ve VÚV TGM a možnost jejich uplatnění v rámci Vašeho současného působení v ČHMÚ. Jak probíhá spolupráce mezi těmito dvěma institucemi?

Zkušenosti, které jsem získal v rámci mého působení ve funkci ředitele ve VÚV TGM, byly a jsou pro mě zásadní, a to jak z hlediska řízení organizací, tak z hlediska osobního. Management lidí a firem je soubor specifických dovedností a znalostí, které nejsou člověku dány shůry, ale tyto dovednosti a znalosti se mi alespoň částečně podařilo získat kombinací studia managementu a zkušenostmi, které jsem měl možnost získat v rámci mého více než desetiletého období ve funkci ředitele VÚV TGM. Takže jednou ze základních zkušeností, kterou jsem ve VÚV TGM získal je, že jedním z největších omylů je mýtus, že čím lepší odborník, tím lepší manažer a řízení organizace buď člověk umí, nebo neumí. Jinými slovy, získal jsem pokoru, potřebu vzdělávat se a umožnit svým nejbližším kolegům vzdělávat se v oblasti managementu a tuto zkušenost se snažím přenést do řízení ČHMÚ. Jde mi především o to, abychom mluvili stejným jazykem, uměli si stanovit společné cíle, kterých chceme dosáhnout a zvolili nejefektivnější a společnou cestu k jejich dosažení.

Za tyto zkušenosti jsem VÚV TGM nesmírně vděčný a také řadě kolegů, se kterými se mi skvěle spolupracovalo.


 

Jaký je Váš pohled na fungování a směřování ČHMÚ, jaké hlavní změny jste od října zavedl, či postupně zavádíte?

Snažíme se s kolegy náměstky nastavit atmosféru konstruktivní spolupráce, otevřené komunikace bez skrytých agend a projektového řízení. Náměstci ředitele pro meteorologii a klimatologii, čistotu ovzduší, hydrologii, ekonomiku, IT a ředitelé poboček mi prezentovali svoje sny, kterých by chtěli v rámci svého působení na svých pozicích dosáhnout. Snažili jsme se tyto sny a vize sjednotit za celé ČHMÚ a děláme postupné kroky, které, doufejme, povedou k naplnění těchto snů. Protože naším společným cílem a snem je z ČHMÚ vytvořit nejdůvěryhodnější odbornou organizaci v České republice. Proto jsme zavedli jiný způsob řízení a komunikace v rámci ústavu, provedli řadu organizačních i personálních změn, snažíme se začít spolupracovat jako jeden společný ústav, nikoliv jako několik uzavřených