Posted by & filed under Hydraulika, hydrologie a hydrogeologie, Informatika, kartografie ve vodním hospodářství.

Souhrn

Relativně přesné určení rozsahu povodňových rozlivů umožňuje matematické či fyzikální modelování, které se používá a rozvíjí po dlouhou řadu let. Ruku v ruce s růstem přesnosti, plynoucí z přesnějších měřicích zařízení, vzrůstají rovněž nároky na výpočetní kapacity a čas. Existuje však řada úseků vodních toků bez namodelovaných inundací, popř. by bylo žádoucí modelovat úseky vodních toků, pro něž by bylo možno odvodit rozsah zaplaveného území, a to na základě známé úrovně hladiny. Alternativním přístupem k vizualizaci inundací je model AIZM (Alternativní indikativní záplavový model). Jedná se o nástroj vytvořený zřetězením několika dílčích submodelů v prostředí ArcGIS ModelBuilderu umístěných v ArcToolboxu. AIZM je schopen při minimu požadovaných vstupních dat a v krátkém čase vygenerovat indikativní rozsah záplavy a pole hloubek ve formě rastru. Je však potřeba brát v potaz jisté nedostatky, kterými je tento model zatížen.

Předložený článek shrnuje první část výsledků analýzy vlivu různých charakteristik úseků třicítky různých vodních toků (např. šířky koryta, podélného sklonu či antropogenního ovlivnění průběhu koryta) na míru shody či neshody výstupů AIZM s referenčními výsledky vypočítanými v rámci tvorby map povodňového nebezpečí a rizik s využitím 1D či 2D numerického modelování. Díky tomu je možno identifikovat typy vodních toků, na nichž poskytuje AIZM dobré výsledky, resp. určit ty charakteristiky, které nejvíce ovlivňují přesnost výstupu.

Úvod

Technologie geografických informačních systémů (GIS) jsou v rámci hydrologického modelování používány pro zpracování velikých objemů prostorových dat. Výhodou GIS je, že umožňují získat, resp. odhadnout řadu charakteristik území vymezených povodí. Díky dobré analýze a popisu prostorové variability jednotlivých ukazatelů nabízí GIS možnost zlepšení kalibrace modelů [1]. V podmínkách České republiky se GIS systémy např. dobře osvědčují při stanovování parametrů hydrologických modelů [2]. Základní koncept používání GIS technologií v rámci hydrologického modelování může být charakterizován třemi kroky: 1. přípravou vstupních dat (tj. pre­‑processingem) a následným exportem do hydrologického modelu, 2. modelováním samým, 3. finálním exportem zpět do prostředí GIS s následným zpracováním, vizualizací a interpretací [3, 4].

Přístupy k vzájemnému propojení GIS nástrojů s hydrologickými modely mohou být různé: 1. přístup – jádro GIS je využito v modelu, 2. přístup – model je zakomponován přímo do GISu formou programovacího jazyka Python či ModelBuilderu, 3. přístup – GIS a model jsou odděleny a GIS slouží pro přípravu dat a zpracování výsledků, 4. přístup – úzké programové provázání GIS, hydrologického modelu a statistického softwaru [5]. Další modifikace uvedených přístupů jsou založeny na propojení s webovými aplikacemi [6].

Jedním z alternativních přístupů k určení a analýze rozlivů je model AIZM, který byl vyvinut na Přírodovědecké fakultě Univerzity Komenského v Bratislavě [7]. Byl vyvinut jako nástroj k analyzování relativních výšek nad terénem v okolí vodních toků. Možnost aproximace úrovně hladiny v oblastech, kde nejsou k dispozici výstupy hydraulických modelů, se jeví jako užitečná a žádoucí. Zde je však potřeba zdůraznit, že představovaný model v žádném případě neaspiruje na to, aby nahrazoval výstupy zavedených sofistikovaných postupů hydrologického modelování. V danou chvíli se jedná o nástroj, který je schopen na základě zadání základních vstupních údajů (jsou zmíněny níže) v krátkém čase simulovat rozsah inundace. Výsledky modelu AIZM je pak nutné náležitě interpretovat odborníkem se znalostí stanovení rozlivů a hloubek vody v inundačním území s vědomím určitých nevyhnutelných nedostatků.

Model AIZM pracuje na platformě ESRI ArcGIS for Desktop Advanced 10.x s extenzemi 3D Analyst a Spatial Analyst. Určité modifikace modelu formou zásahu do jeho struktury jsou v případě nižších verzí možné, ale s nutností instalace dalších nástrojů, např. sady ArcHydro.

ArcGIS nabízí grafické vývojové prostředí ModelBuilder, v němž je možné řetězit za sebe různé GIS nástroje a objekty. V ModelBuilderu tedy lze sestavovat komplexní nástroje a částečně automatizované pracovní postupy. Vytvořené modely mohou být uloženy v toolboxech, nebo ve formě toolsetů. Model AIZM se skládá ze tří základních částí a nástroje na vygenerování příčných profilů. Jednotlivé části jsou samostatnými toolboxy, které jsou sestaveny zřetězením základních nástrojů ArcGIS. Ve smyslu výše uvedeného rozdělení [5] je model AIZM založený na integraci modelu do systému GIS. Tyto řetězce fungují jako samostatné nástroje toolboxu s vlastními vstupy, výstupy a parametry. První toolset pracuje s povrchem TINu (Triangulated Interpolated Network), druhý zpracovává povrch ve formě rastru a třetí obsahuje analytické nástroje zpracovávající data z TINu i rastru.

Možnosti práce s modelem AIZM jsou různé. Jednak z hlediska příčných profilů, kdy jsou buď do výpočtu zahrnuty příčné profily generované automaticky pomocí vstupního digitálního modelu terénu, nebo je možné zadávat je také ručně. Jednak také z hlediska způsobu generování rozlivu s povolením či zakázáním průsaků podzemních vod mimo samotný rozliv.

K provedení všech výpočtů vyžaduje AIZM vstupní data (viz obr. 1). Konkrétně se jedná o linii vodního toku, centrální body ležící přesně uprostřed výpočetní masky, tabulku hloubek vody (pro každý rozliv jednu) v úrovni koryta, resp. centrálního bodu, dále data daného digitálního modelu terénu (rastr nebo povrch TIN) a také sadu příčných profilů, jež jsou generovány v rámci běhu modelu AIZM, nebo mohou být zadány ručně.

caletka-1
Obr. 1. Schéma výpočtu rozsahu rozlivu modelem AIZM – uprostřed středový bod, na okraji vymezeno území (výpočetní maska) o rozměru 2 000 × 2 000 m, na linii
vodního toku vyznačeny příčné profily, plocha rozlivu stanoveného modelem AIZM znázorněna šedým polygonem
Fig. 1. Scheme of flood extent computation by the AIZM model – the central point in the centre, the mask of 2 000 × 2 000 m is marked out at the edges, stream line drawn together with crossectional profiles, the flooded area computed by the AIZM model is represented by the grey polygon

Výpočet modelu AIZM probíhá od centrálního bodu, kolem něhož se vygeneruje čtvercová maska o rozměru 2 000 × 2 000 m (rozměr je možno i zmenšit, zvětšení by vyžadovalo zásah do algoritmu výpočtu). Veškeré výpočty se pak odehrávají v ploše masky. Je­‑li vstupní digitální model terénu v TIN (v případech, kdy sada bodů pro interpolaci digitálního modelu terénu je nepravidelně uspořádaná), je v ploše masky převeden do rastru a opětovně interpolován do podoby rastru s velikostí buňky 2 m (nastaveno implicitně).

Linie vodního toku je rovněž ořezána podle rozměru masky a poté je rozdělena na úseky tak, že vzdálenost dvou sousedních okrajových bodů těchto úseků je vždy maximálně 20 m. Následuje vykreslení příčných profilů založené na metodě Thiessenových polygonů. Zde je nutno zmínit skutečnost, že automatické vykreslování příčných profilů představuje jeden z největších problémů modelu AIZM, což je diskutováno dále.

Výpočet rozsahu inundace vychází ze známých hloubek vody pro danou masku. Na základě těchto známých hloubek z tabulky se určí úroveň hladiny vody pro daný příčný profil. Hodnota relativní hloubky platí vždy pro průsečík příčného profilu s linií vodního toku. Protnutí linie příčného profilu s modelovaným reliéfem definuje rozsah rozlivu ve směru příčného profilu. Rozliv mezi sousedními profily je odvozen na základě povrchu TIN, vzniklého převedením linií příčných profilů na body (vertexy), a na základě digitálního modelu terénu, který je v rámci běhu modelu převeden také na povrch TIN. Odečtením úrovní hladin v rozlivu a digitálního modelu terénu vzniká rastr hloubek jako jeden z výstupů. Opakování výpočtu probíhá podle počtu hodnot hloubek ve vstupní tabulce (každému rozlivu odpovídá jedna hodnota). Výstupy modelu jsou ukládány ve formě rastru i vektoru.

Metodika a data

Pro určení přesnosti výstupů modelu AIZM bylo vybráno celkem třicet různých úseků vodních toků České republiky v oblastech s významným povodňovým rizikem na základě směrnice 2007/60/ES o vyhodnocení a zvládání povodňových rizik. Pro tyto úseky jsou k dispozici hloubky ve formě rastrů a rozlivy ve formě vektorových polygonů pro povodňové průtoky Q5, Q20, Q100 a Q500. Tato data jsou považována za referenční a následné analýzy vycházejí z jejich porovnání s výstupy nástroje AIZM.

Vstupní údaje AIZM

Jako linie, resp. osa vodních toků posloužila vrstva z databáze DIBAVOD (Digitální báze vodohospodářských dat) spravované VÚV TGM, v.v.i.

Digitální model terénu byl interpolován s využitím příslušných mapových listů (klad listů je totožný s kladem listů Státní mapy 1 : 5 000 – odvozené) sady DMR 4G od ČÚZK, která byla pořízena leteckým laserovým skenováním. Je tvořena sítí bodů rovnoměrně rozmístěných po ploše České republiky ve vzdálenosti 5 m. Jednotlivé body přitom leží ve středu každého gridu, jemuž také přísluší hodnota nadmořské výšky daného bodu.

Pro zvolené centrální body všech úseků byly z referenčních modelů zjištěny hloubky pro rozlivy s dobou opakování 5, 20 a 100 let (tyto hloubky vstupují do tabulky hloubek pro daný úsek). Potřebné vrstvy byly poskytnuty Ministerstvem životního prostředí.

Porovnání rozlivů

Rozlivy vypočtené modelem AIZM byly porovnány s rozlivy stanovenými referenčními modely. Simulování a rozlivy na všech úsecích jsou rozděleny vždy na dvacet segmentů podle směru toku, resp. s ohledem na tvar záplavy (obr. 2). Každému segmentu pak jednoznačně odpovídá plocha rozlivu modelovaného Am a referenčního Ar. Vzájemné porovnání kvantitativních charakteristik toků různých parametrů (např. Rtyňka – Ohře) není smysluplné, a proto je míra shody vyjádřena relativní mírou, čili poměrem.

caletka-vzorec-1

Ze vztahu (1) je zřejmé, že pro S > 1 je rozliv modelovaný AIZM větší oproti modelu referenčnímu. Pro S < 1 je tomu naopak.

caletka-2
Obr. 2. Plocha rozlivu na úseku Cidliny rozdělená do dvaceti segmentů s vyznačením směru toku
Fig. 2. The flood extent on the Cidlina River cut into twenty segments with the flow direction

Porovnání rozlivů je provedeno v kontextu kvantitativních i kvalitativních charakteristik vodních toků, resp. všech vymezených segmentů. Z kvantitativních charakteristik se konkrétně jedná o šířku koryta vypočítanou s využitím břehových hran z databáze DIBAVOD a podélný sklon dna odvozený z digitálního modelu terénu. Sledovanými kvalitativními charakteristikami jsou antropogenní ovlivnění směru toku odvozená z leteckých snímků a dostupných historických map, průtočnost příbřežní zóny ve smyslu přítomnosti překážek (zástavba, souvislejší vegetace), charakter břehů a svahů blížící se přirozenému a přítomnost vodohospodářských objektů (např. jezů či stupňů). Metodika hodnocení je nastíněna v tabulce 1.

Tabulka 1. Klasifikace kvalitativních charakteristik úseků vodních toků
Table 1. Classification of qualitative characteristics for river sections
caletka-tabulka-1

Statistické zpracování za účelem zjištění popisných statistik a provedení následných analýz bylo uskutečněno s využitím softwaru PAST, Statistica a s pomocí programovacího jazyka R.

Prvotní průzkum dat prostřednictvím popisných statistik ukázal, že mezi třiceti vymezenými úseky vodních toků panuje značná variabilita hodnot poměrů S.
Patrné je to z krabicových grafů sestrojených pro každý úsek vodního toku tvořený vždy dvaceti dílčími segmenty (viz obr. 3). Bylo také zjišťováno, zda se výsledky liší s ohledem na vzdálenost od středového bodu. Jinými slovy, bylo ověřováno, zda se nejvzdálenější segmenty po směru toku podílejí na rozptylu hodnot poměru S. Proto byly analýzy provedeny pro úseky se všemi dvaceti segmenty a pro úseky s odebranými prvními a posledními pěti segmenty (po směru toku). V tabulce 2 je uvedeno percentuálně zastoupení hodnot S. Je evidentní, že pro všechny rozlivy je výrazně vyšší podíl S > 1 vyjadřující, že rozliv modelovaný pomocí AIZM je větší oproti referenčnímu a také že odstraněním zmíněných segmentů se tento podíl ještě zvyšuje.

Tabulka 2. Procentuální zastoupení hodnot poměru S > 1 a S < 1 pro celou sadu dat a data zkrácená při rozlivu Q5, Q20 a Q100
Table 2. Percentage of ratio S > 1 and S < 1 in both whole and shortened dataset for flood extents Q5, Q20 and Q100
caletka-tabulka-2

Značná variabilita jednotlivých úseků může souviset s některými problematickými aspekty interpolace digitálního modelu terénu. V úrovni koryta se mohou objevit „falešné“ elevace, které se výpočtem přenesou a projeví v nadhodnoceném rozsahu rozlivu. Stejně tak se mohou objevit i případy depresí, které analogicky vedou k podhodnocenému rozlivu. Tento problém však nastává méně často. Další chyby bývají spojeny s meandrujícími úseky toků. Na konvexních březích se linie příčných profilů radiálně rozbíhají, tedy roste jejich vzdálenost. Plocha inundace pak může být buď nadhodnocena, nebo se v některých případech mohou objevit i falešné přetržky. Tomuto problému bude věnován následující výzkum směřující k upravení algoritmů tak, aby k těmto chybám nedocházelo.

caletka-3
Obr. 3. Ukázka boxplotů hodnot poměrů S na úseku Ohře při rozlivech Q5, Q20 a Q100; data celá (A), zkrácená (B)
Fig. 3. Example of boxplots of ratios S on the Ohře River section for flood extents Q5, Q20 and Q100; whole dataset (A), shortened (B)

Vztah mezi vzorky poměrů S a ostatními již zmíněnými kvantitativními charakteristikami je vyjádřen hodnotami Pearsonova a Spearmanova korelačního koeficientu. Spearmanův koeficient se vyznačuje tím, že není tolik ovlivňován odlehlými hodnotami, jako tomu je u Pearsonova koeficientu. Z ukázky vypočítaných hodnot v tabulce 3 je zřejmé, že Pearsonův korelační koeficient ukazuje na vztah mezi průměrným podélným sklonem segmentu a odpovídajícím poměrem S. Obdobné výsledky vycházejí pro všechny zbylé rozlivy pro vzorek dat celý i zkrácený.

Tabulka 3. Hodnoty Spearmanova a Pearsonova korelačního koeficientu pro šířku koryta, podélný profil a poměr S rozlivu Q5, Q20, Q100
Table 3. Values of Spearman’s and Pearson’s correlation coefficient for width of channel, longitudinal profile and the ratio S of flood extent Q5, Q20, Q100
caletka-tabulka-3

Soubor všech proměnných byl podroben analýze hlavních koordinát PCoA (z angl. Principal Coordinates Analysis), která byla publikována v r. 1966 [8]. Umožňuje odhalit vliv jednotlivých proměnných na výsledky modelu. Analýza je vhodná i v těch případech, kdy zkoumané charakteristiky zahrnují vícestavové kvalitativní znaky či smíšená data. Grafy na obr. 4 ukazují výsledky analýzy hlavních koordinát provedené pomocí programovacího jazyka R. Z výsledků získaných pro celou sadu dat se zdá, že spolu souvisejí jednak charakteristiky ovlivnění břehů a směru koryta, jednak charakteristiky průtočností břehů.

caletka-4
Obr. 4. Výstupy analýzy hlavních koordinát pro celý (A) i zkrácený (B) vzorek segmentů; 1 = šířka koryta, 2 = podélný sklon, 3 = ovlivnění směru toku, 4 = přítomnost vodohospodářských objektů, 5 = ovlivnění levého břehu, 6 = ovlivnění levého břehu, 7 = průtočnost příbřežní zóny na pravém břehu, 8 = průtočnost příbřežní zóny na pravém břehu
Fig. 4. Outputs of the principal coordinates analysis for the entire (A) and shortened (B) sample of the river segments; 1 = channel width, 2 = longitudinal profile, 3 = influencing of the channel’s direction, 4 = presence of waterworks, 5 = influencing of the left bank, 6 = influencing of the left bank, 7 = flowage of the litoral zone on the right bank, 8 = flowage of the litoral zone on the right bank

Protože však směřují podél nulových os, není jejich vliv na výsledky modelu významný. Naproti tomu charakteristika podélného sklonu od ostatních poměrně vybočuje, což vypovídá o jejím větším vlivu a velikosti poměru S, což koresponduje i s vypočítanými korelačními koeficienty. Podobně je tomu rovněž u dat zkrácených.

Další představu o struktuře dat a chování modelu v různých úsecích zřejmě poskytne precizní vyhodnocení provedené shlukové analýzy. Byla využita Wardova shlukovací metoda založená na analýze rozptylu. Vyznačuje se tím, že není zatížena efektem řetězení [9]. Hodnota kofenetického koeficientu CC je pro celou sadu dat 0,716 a pro zkrácená data 0,826. Tyto hodnoty značí, že použitou shlukovací metodu je možno považovat za vhodnou.

Závěr

Pro třicítku vybraných úseků vodních toků na území České republiky bylo sledováno, zda se modelované rozlivy podle AIZM shodují s výstupy z referenčních modelů. Automatizovaným výpočtem v prostředí ArcGIS byly určeny hodnoty kvantitativních charakteristik jednotlivých segmentů úseků vodních toků. Posouzením leteckých snímků a historických map byly určeny také kategorie charakteristik kvalitativních. Tyto charakteristiky společně s poměrnými hodnotami modelových a referenčních rozlivů prošly analýzou hlavních koordinát za účelem zjištění vlivu jednotlivých charakteristik na výsledky modelu. Z analýzy vyplynulo, že jak pro data úplná, tak i pro data zkrácená je nejdominantnější charakteristikou zejména podélný profil linie vodního toku, méně také šířka koryta. Toto zjištění koresponduje i s výsledky výpočtů korelačních koeficientů. Zkrácením úseků toků vzdálenějších od středového bodu s odečtenou hloubkou se rozptyly hodnot poměru S, resp. chyba stanoveného rozlivu zmenšily jen u některých z vybraných úseků. K přesnější interpretaci této skutečnosti však bude nutné dokončit další analýzy.

Uvedené výsledky představují pouze dílčí část rozsáhlejší analýzy. V následujících analýzách bude dokončeno důkladné vyhodnocení výsledků shlukové analýzy provedené Wardovou metodou a výsledky modelu AIZM vypočítané na podkladu DMR 4G budou porovnány s výpočty na podkladu DMR 5G.

Cílem analýz do budoucna je na základě objektivních výsledků statistických analýz identifikovat typy toků (s určitými charakteristikami), pro něž je užití modelu AIZM vhodné, či nikoli. Pokud to bude možné, budou také testovány modifikované verze modelu AIZM, zejména ve vztahu k interpolaci digitálního modelu terénu.

Poděkování

Na tomto místě bych rád poděkoval především Mgr. Martinu Kolimu za spolupráci. Dále bych velmi rád poděkoval Výzkumnému ústavu vodohospodářskému TGM., v.v.i., za poskytnutí potřebných podkladových dat digitálního modelu reliéfu a N­‑letých rozlivů, bez nichž by tato práce nemohla vzniknout.

Posted by & filed under Technologie vody, vodárenství, čistírenství.

Souhrn

Článek se zabývá zahušťováním odpadních vod s využitím odpadního tepla z přidružených průmyslových procesů. V České republice je ročně průmyslem vyprodukováno více než 280 mil. m3 odpadní vody a ještě větší množství vody průmysl spotřebuje. Zároveň je toto odvětví výrazným konzumentem energetických zdrojů, které však zpravidla nejsou důsledně využity. Ročně z průmyslu odchází více než 17,5 TWh odpadního tepla. Jedním z řešení, které má potenciál k redukci odpadních vod při současném využití přebytečného tepla, je odpařování odpadních vod. Za tímto účelem je možné uvažovat o uplatnění osvědčených technologií používaných při odsolování mořské vody (MED, MSF), jejichž základní provozní parametry jsou v textu popsány. Z mnoha výhod těchto zařízení lze jmenovat jednoduchou konstrukci, spolehlivý chod a ekonomiku provozu výrazně podpořenou dostupným odpadním teplem. Při zamyšlení nad konkrétními možnostmi aplikace uvedených metod lze vycházet z četných studií, které se zabývaly odpařováním vody ze širokého spektra odpadních vod. Předkládaný text prezentuje výsledky ze zahušťování vod z kovodělného, koksárenského a farmaceutického průmyslu či z provozů na zpracování biomasy. Potenciál k úpravě odpadních vod zahušťováním v České republice je pak součástí úvah a výpočtů v poslední části textu. Z výsledků plyne, že při využití pouhého zlomku (0,94 %) průmyslového odpadního tepla lze odpařováním ušetřit až 8,5 mil. m3 vody ročně. Možnosti zkoumaného přístupu jsou tedy obrovské.

Úvod

Ochrana životního prostředí a snižování spotřeby přírodních zdrojů jsou v dnešní době všudypřítomnými požadavky národních i mezinárodních politik a dokumentů. Tento trend má přispět k udržitelnému rozvoji společnosti a zajištění odpovídajících životních podmínek pro současné i budoucí generace. Organizace spojených národů představila ve svém strategickém dokumentu [1] společné cíle v oblasti udržitelného rozvoje po roce 2015. Patří mezi ně snaha zefektivnit hospodaření s vodními a energetickými zdroji tak, aby byly všeobecně dostupné a nedocházelo k jejich zbytečnému plýtvání. Tyto priority vycházejí z odhadů, podle kterých více než miliarda světové populace trpí nedostatkem vody a pro další stamiliony je znečištěná voda příčinou zdravotních problémů [2]. Nedostatek dostupných energetických zdrojů pak může být jedním z důvodů, proč více než 80 % světově použité vody není před vypuštěním žádným způsobem upravováno [3].

Průmyslové odpadní vody

Na úrovni Evropské unie je vodohospodářská politika harmonizována směrnicí 2000/60/ES, jejímiž prioritami jsou mimo jiné snižování objemu odpadních vod a množství znečišťujících látek vypouštěných do vod či zajištění dostatečných vodních zásob pro období sucha [4]. V České republice jsou tyto požadavky promítnuty do příslušných právních předpisů a dlouhodobých koncepcí, např. [5, 6].
Přestože je v ČR dlouhodobě monitorován pokles odběrů vody a zvyšování podílu čištěných odpadních vod, zasluhuje si tato problematika zvýšenou pozornost. Podle údajů MŽP bylo v roce 2013 odebráno celkem 1 649,8 mil. m3 vody, přičemž mezi hlavní odběratele patřila energetika (43,2 %), vodovody pro veřejnou potřebu (37,5 %) a průmysl (15,1 %) [7]. V evropských statistikách jsou energetika a průmysl zodpovědné za odběr přibližně 40 % veškeré vody [8]. V některých zemích (např. Německo, Nizozemí, Maďarsko) toto číslo přesahuje hranici 80 % [9]. Oba sektory jsou zároveň významnými znečišťovateli vody. Podle zdroje [8] je pouze 60 % odpadní vody z energetiky a průmyslu před vypuštěním upravováno. Nutno ovšem podotknout, že velkou část této odpadní vody tvoří chladicí voda pro účely výroby elektřiny, jejímž dominantním znečišťujícím prvkem je zvýšená teplota. V ČR je zastoupení hlavních emitentů odpadní vody srovnatelné s odběrateli. Konkrétní čísla lze nalézt ve zdroji [7]. Množství vody vypouštěné z energetických závodů kolísá v závislosti na aktuálně připojených provozech a v roce 2013 představovalo 31,9 % všech odpadních vod. Průmyslové odpadní vody bylo ve stejném období registrováno 282,4 mil. m3, tedy zhruba 15,3 % z celku. Hlavními sektorovými znečišťovateli jsou chemický, papírenský, těžební a potravinářský průmysl. Tato odvětví zatěžují vodní zdroje zejména organickými látkami a těžkými kovy. Objemově méně významným (0,4 % odpadních vod), ale přesto výrazným emitentem znečišťujících látek je zemědělství. Hlavním problémem tohoto odvětví není vypouštění z bodových zdrojů, ale vliv zemědělské činnosti na tzv. plošné znečištění, které se do povrchových a podzemních vod dostává splachem hnojiv a pesticidů ze zemědělské půdy. Obecně lze konstatovat, že jakost vody ve vodních tocích se v posledních dvaceti letech výrazně zvýšila. Přesto existují oblasti, kde redukce znečištění bude v příštích letech prioritou [10]. Konkrétní problémy jednotlivých povodí jsou mapovány Ministerstvem zemědělství v rámci příslušných přípravných dokumentů [11].

Odpadní teplo z průmyslu a jeho využití

Snaha o účinnější využívání primárních energetických zdrojů, která by měla omezit závislost Evropy na jejich importu a přispět ke snížení ekologické zátěže, se projevuje v řadě evropských dokumentů a směrnic. V rámci strategie Evropa 2020 a přijatého Energetického balíčku 20-20-20 se Evropská unie zavázala k redukci

emisí oxidu uhličitého o 20 % (oproti úrovni v roce 1990), poklesu spotřeby primárních energetických zdrojů o 20 % (v porovnání s projekcemi z roku 2007) a k navýšení podílu obnovitelných zdrojů v energetickém mixu na 20 % [12]. Všechny tři požadavky jsou úzce provázané. Spálení menšího množství primárních zdrojů znamená méně CO2 uvolněného do atmosféry, zároveň se automaticky zvedá relativní zastoupení obnovitelných zdrojů. K úsporám primárních paliv nedochází pouze zvyšováním efektivity jednotlivých technologií či nahrazováním konvenčních energetických zdrojů za obnovitelné. Výrazných úspor lze dosáhnout integrací dílčích výrobních či zpracovatelských operací, tedy komplexním přístupem, jehož cílem je snižování energetické náročnosti procesů jako celku. Záměrem tohoto přístupu je obvykle maximální využití dostupného odpadního tepla, respektive odpadních proudů obecně. Pod pojmem odpadní teplo lze rozumět energii obsaženou v jakémkoliv typu odpadního proudu (spaliny, chladicí voda, horký vzduch), který má teplotu převyšující teplotu okolního prostředí a jenž by za běžných podmínek odcházel z procesu bez využití. Odborná veřejnost se v definicích odpadního tepla rozchází, a to zejména ve vymezení jeho teplotních rozsahů. Podle [13] lze za vysokopotenciální odpadní teplo považovat zdroje o teplotě přesahující 500 °C, v oblasti od 150 do 500 °C pak mluví o teple se středním energetickým potenciálem. Nejčastěji přítomným zdrojem odpadního tepla je teplo nízkopotenciální (pod 150 °C), které je z logiky věci součástí jakéhokoli odpadního proudu přesahujícího teplotu okolí. Přestože je zastoupení nízkopotenciálního tepla výsadní, zůstává problémem jeho účelné využití, neboť energii o takto nízké teplotě lze uplatnit jen v omezeném množství průmyslových procesů. Tento fakt je jedním z důvodů, proč jsou v praxi velké objemy odpadního tepla mařeny. Tím dochází nejen k tepelnému znečištění okolního prostředí, ale i k plýtvání se zdroji energie [14]. Hlavními zdroji odpadního tepla jsou kombinovaná výroba elektřiny a tepla, spalovny odpadů, energeticky náročná průmyslová odvětví (chemický a petrochemický průmysl, hutnictví železa a neželezných kovů, průmysl stavebních hmot, papírenství apod.), geotermální pole, zařízení na energetické využití biomasy a sluneční záření [15].

Průmyslová výroba je kromě vody také významným konzumentem energií. V EU se na konečné spotřebě energií podílí 25 %, v ČR pak téměř 1/3, což odpovídá 3 217 TWh, respektive 87,6 TWh [16]. Jaké celkové množství energie odchází z průmyslových procesů ve formě odpadního tepla je však obtížné určit. Do mezinárodních statistik nejsou údaje o odpadním teple zahrnovány [15]. Podobná je situace v ČR, kde neexistuje subjekt, který by celostátní bilance tepelných energií zpracovával [17]. Dostupné jsou pouze dílčí statistiky zahrnující specifický okruh průmyslových podniků. Podle publikace [18] vydané ČSÚ bylo v roce 2013 v rámci transformačních procesů v energetice uvolněno zhruba 7,5 PJ (2,1 TWh) chemického a odpadního tepla. Toto číslo však nepostihuje veškeré teplo v jednotlivých provozech uvolněné a týká se převážně větších technologických jednotek. Navíc jde o statistiku vycházející z výkazů omezeného okruhu podnikatelských subjektů, které jsou registrovány k výrobě elektrické energie či tepla nebo mají za tímto účelem registrovanou jednotku. Uvedená hodnota tedy nezahrnuje velké množství průmyslových provozů, které teplo v rámci své činnosti produkují, ale nejsou za tímto účelem patřičně registrovány. Částečnou informaci o využití odpadní energie v průmyslových procesech nabízí analytický materiál MPO [19]. Podle tohoto dokumentu byly v rámci dotačních programů mezi roky 2007–2013 v průmyslových procesech upotřebeny téměř 2 PJ (0,66 TWh) odpadního tepla. Uvedená hodnota sice neodhaluje celý potenciál odpadního tepla v průmyslu, ale naznačuje, že dosažení výrazných úspor je v tomto směru reálné. Studie [15], jejímž cílem bylo mimo jiné podrobně zmapovat nejvýznamnější zdroje tepla v EU za účelem dalšího plánování v oblasti teplárenství, předpokládá minimálně 64 PJ (17,8 TWh) odpadního tepla dostupného z průmyslových procesů v ČR. V měřítku celé EU se pak jedná o číslo 10 287 PJ (2 857,5 TWh). Zmíněné hodnoty odpovídají odhadům uvedeným ve zprávě [20], podle které 20 až 50 % vstupní energie odchází z průmyslových procesů nevyužito. Vezmeme­‑li v potaz dolní hranici 20 % a vztáhneme­‑li
tento údaj na průmyslem v ČR ročně spotřebovaných 87,6 TWh, dostaneme hodnotu 17,5 TWh, která je v souladu se studií [15]. Volbu dolní procentní hranice ospravedlňuje fakt, že studie [15] zahrnuje pouze velké tepelné zdroje.

Odpařování odpadních vod

Z uvedených faktů je zřejmé, že odpadního tepla odchází z průmyslových procesů velké množství. Zásadní otázkou zůstává, jakým způsobem ho využít. Při hledání vhodného řešení je třeba brát v úvahu skutečnost, že většinu odpadního tepla představuje teplo nízkopotenciální, tedy do 150 °C. Podle autorů textu má vysoký potenciál využití odpadního tepla k odpařování (zahušťování) průmyslových odpadních vod. Ačkoliv je proces odpařování notoricky známým jevem, který nalézá uplatnění v širokém spektru lidské činnosti, jeví se jeho využití v kontextu současných okolností a environmentálních požadavků jako dostatečně zajímavá možnost, která by neměla být přehlížena. Odpařování odpadních vod s využitím přebytečného odpadního tepla může být jedním ze způsobů, jak naplnit závazky ČR ke snižování objemu odpadních vod a dosažení úspory 191,8 PJ primárních energetických zdrojů mezi lety 2014 a 2020 [19].

Tabulka 1. Výhody a nevýhody odpařování průmyslových odpadních vod
Table 1. The pros and cons of evaporation technologies for industrial wastewater treatment
vondra-tabulka-1

Aplikace odpařování na úpravu odpadních vod se může ve světle moderních a progresivních technologií jevit jako krok zpět. Při hlubším zamyšlení se však nabízí řada výhod, které mohou z odpařování učinit zajímavé řešení mnoha problémů. Přehled kladů a záporů nabízí tabulka 1.

Hlavní devízou odpařování je schopnost vytěžit maximum z odpadních proudů, které by jinak zůstaly nevyužity. Teoreticky je tímto způsobem možné nejen snížit objem odpadního tepla a vod odcházejících z průmyslové výroby, ale zároveň se nabízí příležitost zpětného využití získaných produktů – vody (destilátu) a látek zahuštěných v koncentrátu (schematicky na obr. 1). Využitelnost těchto zdrojů bude samozřejmě závislá na jejich vlastnostech a charakteru daného průmyslového procesu. Nelze proto vyloučit potřebu dodatečné úpravy produktů před jejich recyklací (např. sušením). Zajímavou alternativou je možnost energetického využití koncentrátu jeho spalováním. Ekonomická smysluplnost takového řešení bude vázána na dostupnost vhodného spalovacího zařízení, výhřevnost obsažených látek a na zbytkovou vlhkost koncentrátu.

vondra-1
Obr. 1. Zjednodušené schéma hlavních toků spojených se zahušťováním odpadních vod
Fig. 1. Simplified flow diagram of the main process streams connected to wastewater thickening

Odpařovací technologie

Proces odpařování se využívá v celé řadě aplikací. V zařízeních zvaných odparky dochází k odlučování nejtěkavější složky z roztoku, suspenze nebo emulze. Tímto způsobem se buďto získává nejtěkavější složka směsi (nejčastěji voda), nebo je cílem zahuštění roztoku. Odparky mohou být jedno- či vícečlenné, s cirkulací směsi nebo bez, pracující za atmosférických podmínek i za sníženého tlaku, s kontinuálním nebo vsádkovým provozem. Používají se např. k zahušťování mléka, ovocných šťáv nebo k výrobě koncentrovaných kapalných hnojiv [21]. Nejrozšířenější aplikací odparek je však odsolování mořské vody.

Odsolování slaných vod je oborem, jenž neustále nabývá na významu. V roce 2013 překročila celosvětově instalovaná kapacita odsolovacích jednotek hranici 80 mil. m3 čerstvé vody za den [22]. Přestože vůbec nejrozšířenější technologií je v současnosti reverzní osmóza, zaujímají tepelné metody (využívající principu odpařování) v odsolovacím průmyslu nezastupitelnou roli. Patří mezi ně vícestupňová mžiková destilace (MSF), vícestupňové odpařování (MED) a komprese páry (VCD). Posledně jmenovaná technologie však není schopná efektivního využití odpadního tepla, proto jí dále nebude věnována pozornost. MSF a MED jsou dlouhodobě osvědčenými metodami, které jsou využívány zejména k vysokokapacitnímu odsolování (desítky tisíc m3 vyprodukované vody denně) slaných a brakických vod. Právě dlouhodobé provozní zkušenosti s vysoce agresivní slanou vodou dělají z těchto technologií vážné kandidáty na odpařování mnoha typů odpadních vod.

Vícestupňové destilace

Technologie MED (Multi­‑effect distillation) je považována za termodynamicky vysoce efektivní. MED jednotka se obvykle skládá z několika stupňů (komor), ve kterých je postupně snižován tlak, a tím i bod varu. Slaná napájecí voda je ohřívána vodní parou vně nebo uvnitř kondenzačního potrubí, které prochází skrze komoru. Voda odpařená v jednom stupni je zdrojem tepla (páry) pro stupeň následující. Počet stupňů se volí s ohledem na dostupný teplotní spád a minimální přípustnou teplotní diferenci mezi sousedními komorami. Vstupní teplota napájecí vody se běžně pohybuje kolem 70 °C, čímž se technologie chrání před korozí [23]. Energetická náročnost metody se pohybuje kolem 3,8 kWhe a 16,4 kWht na m3 destilované vody [24]. Příklad vícestupňové MED technologie je na obr. 2.

Vícestupňová mžiková destilace

Také technologie MSF (Multi­‑stage flash distillation) je vysoce náročná na spotřebu tepelné energie a pracuje v několika stupních (obvykle více než 20) s postupně klesajícím tlakem (až 0,07 bar). Zpravidla nasycenou párou předehřátá slaná voda vstupuje do odpařovací komory. Zde dochází k prudkému mžikovému odpaření (tzv. flash) vlivem nerovnováhy mezi teplotou slané vody a rovnovážnou teplotou, která odpovídá podtlaku v komoře. Odpařená voda je přes odlučovače kapek (demistery) odváděna na teplosměnnou plochu, kde zkondenzuje a předá výparné teplo slané vodě, která nově vstupuje do procesu. Destilát je odváděn pryč z komory, zkoncentrovaná slaná voda postupuje do dalšího stupně. V konvenčních velkokapacitních závodech se teplota vstupní slané vody pohybuje od 90 do 120 °C, výstupní potom kolem 30 °C v závislosti na ročním období a teplotě okolí [26]. S vyšší teplotou roste výtěžnost technologie, ale zároveň s ní i míra usazování a koroze. Energetická náročnost procesu se uvádí kolem 5,2 kWhe a 19,4 kWht na m3 destilované vody. Hlavními výhodami jsou jednoduchá konstrukce a provozní spolehlivost, vysoká kvalita destilátu a nízké nároky na předúpravu vstupní vody. Nevýhodami jsou problémy s korozí a vysoká spotřeba energií [23]. Jedná se v podstatě o tytéž přednosti a slabiny jako u metody MED. Příklad uspořádání MSF jednotky s recirkulací koncentrátu je na obr. 3.

Využitelnost odsolovacích technologií

Obě představené technologie disponují schopností zahušťovat vstupující procesní kapalinu a z odpařené vody produkovat destilát o určité kvalitě. Jakost destilátu se bude samozřejmě lišit v závislosti na zvolených provozních podmínkách a složení napájecí vody, zejména na zastoupení těkavých látek, které se budou odpařovat při stejné či nižší teplotě než voda. Výhodou uvedených metod je kontinuální provoz a možnost pracovat při nízkých teplotách. Pakliže by se k jejich provozu využilo odpadní teplo z průmyslových procesů, jež je k dispozici de facto zadarmo, snížila by se výrazně energetická náročnost procesu, která je největší nevýhodou obou technologií.

vondra-2
Obr. 2. Schéma 4stupňové MED technologie [25]
Fig. 2. Schematics of the MED technology with 4 evaporating chambers [25]

Kritickou hodnotou, jež bude omezena konstrukčním řešením odsolovacích zařízení, je stupeň zahuštění výstupního koncentrátu. S rostoucím obsahem sušiny ve zpracovávané odpadní vodě se zhoršují tokové vlastnosti kapaliny, zvyšují se požadavky na odolnost a výkon použitých čerpadel a prohlubuje se riziko sedimentace či dokonce ucpání celé technologie. Za nepumpovatelný se z tohoto pohledu označuje koncentrát s obsahem sušiny 16 % obj. a více [28]. Teoreticky je možné spekulovat o vhodné úpravě technologií a zapojení jiných typů čerpadel (pístová, plunžrová), která jsou schopná přečerpávat suspenze až s 40% koncentrací sušiny. Prakticky a ekonomicky však bude pravděpodobně lepší zapojení jiného typu odparek (např. vsádkové s míchadlem), mechanických separátorů (odstředivky, lisy) nebo sušáren (pro vyšší koncentrace).

vondra-3
Obr. 3. Schéma MSF jednotky s recirkulací a předehřevem vstupní kapaliny [27]
Fig. 3. Schematics of the MSF technology with brine recirculation and preheater [27]

Teoretická výtěžnost vody odpařováním v závislosti na obsahu sušiny a hydraulických vlastnostech použité technologie je znázorněna na obr. 4. Omezení technologií z pohledu koncentrace sušiny vycházejí ze zkušeností autorů s kontinuálním odpařováním odpadních vod (8 %), z teoretické hranice pumpovatelnosti běžnými odstředivými čerpadly (16 %), z provozních možností objemových čerpadel (30 %) a z ideálního stavu, který nezohledňuje limity dostupných technologií (bez omezení). Z grafu je mimo jiné zřejmé, že odpadní vody s minimálním obsahem sušiny mohou být zahušťovány s výrazně vyšší výtěžností. Dále je patrné, že zahušťování odpadních vod s vyšším obsahem sušiny bude spíše než recyklací vody motivováno požadavkem na redukci objemu nebo zbytkové vlhkosti. Volba vhodné výstupní koncentrace znečišťujících látek by však neměla být ovlivněna pouze množstvím získané vody a objemem koncentrátu. V potaz je třeba brát i výslednou kvalitu destilátu, která se s rostoucí koncentrací některých látek v odpadní vodě může zhoršovat.

 

vondra-4
Obr. 4. Teoretická výtěžnost vody odpařováním v závislosti na obsahu sušiny v odpadní vodě
Fig. 4. Theoretical distillate yield as a function of a total solids content

Pro další úvahy nad využitím odsolovacího zařízení pro zahušťování odpadních vod byla zvolena technologie MSF. Důvodem je zejména fakt, že zařízení MED jsou konstrukčně složitější a náročnější na použité materiály. Při provozu s odpadní vodou se lze navíc obávat zanášení kondenzačního potrubí, jež je s odpařovanou kapalinou v neustálém kontaktu. Metoda MSF dostala přednost také proto, že je v současné době předmětem výzkumu na Fakultě strojního inženýrství Vysokého učení technického v Brně. Zkušenosti získané s provozem experimentální MSF jednotky se slanou i odpadní vodou tak mohou být promítnuty do dalších úvah.

 

Možnosti aplikace

Základním kritériem využitelnosti odpařování k zahušťování procesních vod je kvalita jeho produktů – destilátu a koncentrátu. Těžko lze předjímat požadavky konkrétních provozovatelů na jakost výstupních proudů a předkládat v tomto směru nějaká zásadní hodnocení. Některé průmyslové podniky mohou mít zájem na zpětném využití v koncentrátu obsažených látek či na jeho spalování, v takovém případě bude hlavním cílem důkladné odvodnění koncentrátu a nebudou sledovány zákonné limity znečištění, jak by tomu bylo při vypouštění do kanalizace nebo povrchových vod. Podobně rozdílné požadavky budou souviset s jakostí destilátu. Pokud bude záměrem provozovatele pouhé zahuštění odpadních vod a získaná voda bude vypouštěna mimo průmyslový závod, bude pravděpodobně nutné dodržení stanovených limitů. Naopak zpětné využití destilátu v technologii s nízkými nároky na kvalitu vody bude znamenat snížení požadavků na separační schopnosti odpařovacího zařízení. Přes uvedené je zřejmé, že odpařování nelze použít pro úpravu jakékoliv odpadní vody. Následující příklady provedených experimentů nicméně naznačují, že jeho uplatnění může být vskutku široké. V představených studiích byly sledovány nejen úspěchy se separací konkrétních látek, ale i charakter využitých odpařovacích technologií.

Kovodělný průmysl

Autoři studie [29] se zabývali zahušťováním procesních vod z kovodělného průmyslu, který je výrazným producentem odpadní vody a při výrobě spotřebovává velké množství emulzí pro lubrikační a chladicí účely. Populární je v poslední době využívání tzv. vodou ředitelných emulzí, které mají nízký obsah oleje. Odstraňování oleje z těchto typů vod klasickými mechanickými metodami (usazování, odstřeďování, filtrace, ultrafiltrace) je podle autorů neefektivní, neboť emulze obsahují jen velmi malé (semisyntetické emulze) nebo vůbec žádné (syntetické emulze) kapičky oleje. Mechanické metody zároveň nezaručí nízké obsahy organických látek (CHSK) v upravené vodě. Studie dále konstatuje, že provozní vlastnosti odparek využívaných v průmyslu k zahušťování emulzí nebyly důkladně zkoumány a literatura se jim téměř nevěnuje. Přestože je odpařování v porovnání s jinými metodami energeticky náročnější, vykazuje voda získaná tímto způsobem z emulze mnohem lepší vlastnosti (nižší obsah organických látek) a možnosti jejího zpětného využití jsou tak širší. Zbytkový olejový koncentrát navíc disponuje poměrně malým obsahem vody, a je tedy vhodný pro spalování a výrobu energií. Experimenty probíhající v rotační vakuové odparce laboratorních rozměrů a v průmyslové odparce s padajícím filmem ukázaly, že vakuovým odpařováním lze ze semisyntetických a syntetických odpadních olejových emulzí získat vodu s obsahem organických látek nižších o 99 %. Zároveň se potvrdilo, že při vyšším přehřátí odpadní vody je efektivita vypařování vyšší, ale klesá kvalita získané vody.

K zahušťování vody z procesu moření mědi byla využita odparka s kompresí páry o kapacitě 350 m3 odpadní vody za den. Zpráva [30] hodnotící provedené experimenty konstatovala schopnost technologie získat až 96,7 % vody obsažené v původním objemu při celkové energetické náročnosti 13,9 kWh na m3 kondenzátu. Denně tak bylo ušetřeno zhruba 338 m3 vody, zároveň došlo k výrazné úspoře nákladů na skladování vody odpadní. V následném procesu je ročně z koncentrátu získáváno 23 900 kg mědi a 170 700 kg sulfátů. Kvalitu produktů jednoho z proběhnuvších experimentů shrnuje tabulka 2.

Koksárenský průmysl

Zdroj [31] popisuje experimenty s odpařováním odpadních vod z koksáren. Testování probíhalo na laboratorní vakuové odparce. Získaný destilát byl v porovnání s výchozí odpadní vodou bez kyanidů, došlo k výraznému snížení obsahu NH3-N (z 408 mg/L na cca 5 mg/L), pH a vodivosti (ze 17 110 μS/cm na cca 80). Naopak zastoupení organických látek (především fenolů) se odstranit nepodařilo a místy byla jejich koncentrace větší než v koncentrátu. Ke snížení CHSK pod zákonný limit (ze 7 045 mg/L na cca 50) došlo až použitím podpůrného činidla v podobě sodného louhu, který snížil volatilitu fenolu jeho přeměnou na fenolátové ionty.

Farmaceutický průmysl

Ve studii [32] popisují autoři destilaci odpadní vody z farmaceutického průmyslu. Použitou destilační kolonu laboratorních rozměrů (průměr 4 cm, výška 1,2 m, 9 pater, vyplněná Raschigovými kroužky) sice nelze označit za odparku, principiálně však dosažené výsledky za relevantní označit lze. Odpadní voda s vysokým obsahem organických látek (CHSK až 300 000 mg/L) a halogenových organických sloučenin (AOX až 7 850 ppm) byla v koloně dělena na destilát (s koncentrovaným množstvím škodlivin) a destilační zbytek, který byl o tyto těkavé látky ochuzen a hromadil se v dolní části kolony. Přestože byl obsah CHSK na dně kolony snížen až o 95 %, nepodařilo se koncentraci dostat pod zákonný limit 1 000 mg/L. Zbytkový obsah organických látek se nepodařilo dostatečně odstranit ani některou z membránových metod (ultrafiltrace, nanofiltrace, reverzní osmóza), které autoři zhodnotili jako nevhodné pro odstraňování nevolatilních organických látek. Obsah halogenových sloučenin byl touto metodou úspěšně redukován až na 8 ppm.

 

Tabulka 2. Shrnutí analýzy koncentrace vybraných chemických prvků sledovaných ve studii [30]
Table 2. Summary of analytical results for the chemical parameters controlled in the study [30]
vondra-tabulka-2

Zpracování biomasy

S cílem redukovat odpařováním objem digestátu (odpadní vody) z bioplynových stanic, a tím snížit náklady na jeho skladování a využití v zemědělské činnosti, byly provedeny experimenty popsané ve zdroji [33]. Zahušťování probíhalo v jedno- nebo dvoustupňové vakuové odparce. Klíčovým ukazatelem byla, vedle obsahu sušiny, přítomnost dusíku podle Kjeldhala. Zákonných limitů dusíku v destilátu, jež by v praxi umožnily vypouštění do povrchových vod, bylo dosaženo až aplikací vhodné kyseliny. Nižší pH digestátu eliminovalo volatilní formy dusíku a umožnilo snížení jeho koncentrace až na úroveň 10 mg/kg z původních 4 550 mg/kg.

Potenciál odpařování v ČR

Zmíněné studie potvrzují potenciálně širokou využitelnost odpařování v průmyslových provozech a ukazují, že se může často jednat o smysluplné řešení problému. Zároveň ale naznačují určité slabé stránky přístupu. Tou bude zejména neschopnost vypořádat se s některými druhy volatilních látek, především dusíkatých a organických sloučenin. Základním typem řešení bude použití chemikálie snižující těkavost kritických látek nebo dodatečná úprava destilátu.

Nyní se pokusme alespoň rámcově kvantifikovat potenciál k odpařování odpadních vod v ČR. Při konstrukci tohoto odhadu budeme vycházet z údajů o průmyslově produkované odpadní vodě, dostupném odpadním teple (17,5 TWh) a ze známých provozních charakteristik konvenčních MSF odparek. Maximální možné množství odpadních vod, které mohou být upravovány v zahušťovacích zařízeních, se rovná roční produkci odpadních vod průmyslovými procesy, tj. 282,4 mil. m3. Jde samozřejmě o čistě teoretickou hodnotu, která nebude nikdy dosažena. Vytváří nám ale určitou horní hranici využitelnosti odpadního tepla ke sledovanému účelu. Optimální specifická spotřeba tepla MSF technologie na výrobu m3 destilátu P_dest^min = 19,4 kWh. Uvažujeme­‑li běžnou účinnost odpařování ηmax (poměr mezi množstvím získaného destilátu a množstvím vstupující odpadní vody) 30 %, pak lze podle vztahu (1) stanovit specifickou tepelnou spotřebu = 5,82 kWh na m3 zpracované odpadní vody. Vztáhneme­‑li tuto hodnotu na celkově dostupnou odpadní vodu Vind, pak podle (2) získáme maximální množství spotřebovaného odpadního tepla Qwh,max = 1,64 TWh.
Dostáváme se tak k důležitému závěru, tedy že k zahušťování průmyslových odpadních vod může být ročně využito nejvíce 1,64 TWh, tj. zhruba 9,4 % průmyslového odpadního tepla.

vondra-vzorec-1 vondra-vzorec-2

V dalším kroku se pokusme zbavit dvou zjednodušení. Za prvé je to předpoklad, že by v průmyslových provozech instalované odparky dosahovaly stejných účinností (měly stejnou specifickou spotřebu tepla) jako velkoobjemové odsolovací MSF jednotky. V praxi lze očekávat výstavbu spíše menších MSF jednotek s nižším počtem odpařovacích komor (stupňů), a tedy s nižší účinností. Dalším zjednodušením je představa provozu zahušťovací MSF jednotky bez recirkulace. Ta bude nezbytná tam, kde bude požadováno zahuštění koncentrátu nad úroveň odpovídající jednorázovému průchodu odpadní vody technologií. Obecné schéma s recirkulací části koncentrátu je naznačeno na obr. 5. Jak účinnost, tak míra zahuštění budou individuálními parametry konkrétních zařízení. Spíše než volit konkrétní hodnoty se proto pokusíme odvodit obecné vztahy, které naznačí, jakým způsobem mohou tyto veličiny ovlivnit ekonomiku provozu odparek.

vondra-5

 

Obr. 5. Obecné schéma zapojení zahušťovací technologie s částečnou recirkulací koncentrátu
Fig. 5. General schematics of the thickening technology arrangement with a partial recirculation of the concentrate

Legenda: Vin je objemový průtok odpadní vody; Vdest objemový průtok destilátu; Vin+rec objemový průtok na vstupu do odparky; Vrec objemový průtok v recirkulační větvi; Vout objemový průtok koncentrátu; x, y a z jsou objemové koncentrace, η je účinnost odpařování technologie a P značí specifickou spotřebu tepla proudu

vondra-6
Obr. 6. Potenciální produkce destilátu v závislosti na využitém množství odpadního tepla pro různé hodnoty účinnosti odpařovací technologie (η)
Fig. 6. A potential distillate production as a function of waste heat utilized by an evaporation technology with a different level of efficiency (η)
vondra-7
Obr. 7. Množství odpadní vody potenciálně upravitelné zahuštěním v závislosti na množství využitého odpadního tepla a zahušťovacím poměru (x/y), při 30% účinnosti odpařovací technologie (η)
Fig. 7. An amount of potentially treatable wastewater by the means of evaporation as a function of waste heat utilized and a thickening ratio (x/y), at the efficiency level of 0.3

Základními parametry, které bude provozovatel volit při návrhu MSF jednotky, budou nejspíše objemový průtok zpracovaných odpadních vod Vin, objemová koncentrace sledované látky ve vstupující odpadní vodě x, objemová koncentrace sledované látky na výstupu y (v koncentrátu i v recirkulační větvi) a účinnost odpařování η. Nyní jsme schopni dopočítat objemový průtok koncentrátu Vout podle (3), objemový průtok v recirkulační větvi Vrec podle (4),
objemový průtok na vstupu do odparky Vin+rec podle (5), objemovou koncentraci sledované látky na vstupu do odparky z podle (6) a konečně objemovou produkci destilátu Vdest podle (7). Nárůst specifických tepelných spotřeb pak bude přímo úměrný poklesu účinnosti zařízení u Pdest (8). Spotřebu Pin vztaženou k objemu zpracované odpadní vody bude ovlivňovat také zahušťovací poměr (9).

vondra-vzorec-3 vondra-vzorec-4 vondra-vzorec-5 vondra-vzorec-6 vondra-vzorec-7 vondra-vzorec-8 vondra-vzorec-9

Nyní je možné postupovat ve výpočtu opačným směrem a určit, jaké množství destilátu bude vyprodukováno a jaký objem odpadní vody bude zpracován při zadání konkrétního množství odpadního tepla Qwh, účinnosti odpařovacího zařízení η a zahušťovacího poměru x/y. Výsledky ve vybraných bodech prezentují obr. 69. Ze zobrazených dat je zřejmé, že poměrně malý zlomek odpadního tepla z průmyslových procesů může přispět k úpravě a redukci značné části odpadních vod, nemluvě o zpětném využití odpařené vody ve výrobních procesech. Při využití 164 GWh, jež představují pouhých 0,94 % dostupného odpadního tepla, lze ročně ušetřit miliony m3 vody a o toto množství zredukovat objem vypouštěných odpadních vod. Prezentovaná čísla samozřejmě nerespektují řadu reálných problémů a zahrnují spoustu zjednodušení, zejména pak to, že odpařování bude (s ohledem na kvalitu jeho produktů) vhodné k úpravě všech typů odpadních vod. Přesto lze konstatovat, že potenciál k zahušťování odpadních vod odpařováním (s využitím MSF či jiné vhodné technologie) je v ČR obrovský a zaslouží si bližší studium.

vondra-8
Obr. 8. Množství odpadní vody potenciálně upravitelné zahuštěním v závislosti na množství využitého odpadního tepla a zahušťovacím poměru (x/y), při 20% účinnosti odpařovací technologie (η)
Fig. 8. An amount of potentially treatable wastewater by the means of evaporation as a function of waste heat utilized and a thickening ratio (x/y), at the efficiency level of 0.2

vondra-9

Obr. 9. Množství odpadní vody potenciálně upravitelné zahuštěním v závislosti na množství využitého odpadního tepla a zahušťovacím poměru (x/y), při 10% účinnosti odpařovací technologie (η)
Fig. 9. An amount of potentially treatable wastewater by the means of evaporation as a function of waste heat utilized and a thickening ratio (x/y), at the efficiency level of 0.1

 

Závěr

Cílem předložené studie nebylo hodnocení problémů spojených s odpařováním odpadních vod v konkrétních průmyslových provozech, ale spíše obecné nastínění potenciálu a příležitostí, které se pro odpařovací technologie (metodu MSF) v tomto směru nabízejí. Úspěšnost a účelnost odpařování bude vždy záviset na celé řadě faktorů, zejména pak na složení odpadní vody a termofyzikálních vlastnostech jejích složek, ekonomických okolnostech konkrétního průmyslového provozu, zákonných či jiných požadavcích na kvalitu výstupů a specifických místních podmínkách. Hlavními motivy pro provozovatele nebudou jistě environmentální a společenské výhody odpařování, ale spíše ekonomické benefity. Hospodářská smysluplnost integrace odpařovacích technologií do průmyslové praxe by měla být navazujícím předmětem studia, ke kterému předkládaná práce nabízí některé podklady. Prezentované výsledky ukazují, že při využití pouhých 0,94 % (164 GWh) odpadního tepla, jež vychází ročně bez využití z průmyslové výroby, může být zahušťováním upraveno až 16,9 mil. m3 odpadních vod a zpětně do procesů dodáno až 8,5 mil. m3 destilátu.

Poděkování

Tento článek vznikl v rámci projektu LO1202 za finanční podpory Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy v rámci Národního programu udržitelnosti I.

 

Posted by & filed under Hydraulika, hydrologie a hydrogeologie.

Souhrn

V rámci projektu QJ1520268 Nové postupy optimalizace systémů integrované ochrany území v kontextu jejich ekonomické udržitelnosti realizovaného na brněnské pobočce VÚV TGM, v.v.i., s počátkem řešení v roce 2015 byla vyžadována prvotní analýza dostupných dat a podkladů jednoho z pilotních povodí, povodí Litavy. Na jednotlivých pobočkách Státního pozemkového úřadu (SPÚ) byl proveden sběr dat – projektů komplexních pozemkových úprav (KoPÚ), zejména navržených či realizovaných prvků plánů společných zařízení, které tvoří kostru pozemkové úpravy. Z těchto projektů vznikla ucelená databáze, aktuální k datu 30. 6. 2015. Cílem příspěvku je komplexní analýza získaných dat a vyhodnocení účinnosti stávajícího krajinného pokryvu při ochraně proti vodní erozi na zemědělských půdách podle dnes platných podmínek, ze kterého bude dále vycházet doplňující návrh ochranných opatření v ploše povodí.

Úvod

Pozemkové úpravy jsou v České republice (ČR) za posledních téměř již 25 let stále častěji využívaným nástrojem pro uspořádání vlastnických vztahů k zemědělským a lesním pozemkům s ohledem na hospodaření a na potřeby krajiny. Zejména v rámci komplexních pozemkových úprav se na území řeší nejen vlastnické vztahy, ale v posledních letech mnohem častěji i ochrana před erozí a povodněmi, zpřístupnění pozemků i ochrana a tvorba životního prostředí. Takto fungující opatření tvoří společně tzv. plán společných zařízení (PSZ).

Návrh a následná realizace PSZ, který tvoří kostru uspořádání zemědělské krajiny, je jedním z vhodných řešení dvou extrémů počasí, které v posledních několika letech sužují střední Evropu – sucho a přívalové deště. Ty způsobují, že půda po dlouhém období sucha není schopna při příchodu větších srážkových úhrnů vodu dostatečně infiltrovat, většina srážkových vod tak odtéká povrchovým odtokem rychle z povodí, čímž způsobuje velké materiální škody. Je nutné utvořit takové podmínky, aby se voda v krajině zadržela co nejdéle a zpomalil se povrchový odtok. Toho lze docílit komplexním systémem organizačních, agrotechnických, technických i ekologických opatření, tedy i opatřeními plánu společných zařízení.

Zasáhnout a pozitivně ovlivnit stávající výše popsané problémy, a nejen ty, má právě proces pozemkových úprav, který v České republice vychází z platné legislativy zákona č. 139/2002 Sb., o pozemkových úpravách a pozemkových úřadech a o změně zákona č. 229/1991 Sb., o úpravě vlastnických vztahů k půdě a jinému zemědělskému majetku. V rámci projektu QJ1520268 Nové postupy optimalizace systémů integrované ochrany území v kontextu jejich ekonomické udržitelnosti realizovaného na brněnské pobočce VÚV TGM, v.v.i., s počátkem řešení v roce 2015 byla vyžadována prvotní analýza dostupných dat a podkladů jednoho z pilotních povodí, a to povodí Litavy. Sběrem projektů KoPÚ z jednotlivých poboček Státního pozemkového úřadu (SPÚ), zejména pak navržených či realizovaných prvků plánů společných zařízení, vznikla ucelená databáze těchto dat, aktuální k 30. 6. 2015. Článek popisuje způsob získání těchto dat, jejich postup zpracování, následnou analýzu i posouzení vlivu stávajícího krajinného pokryvu na ochranu zemědělsky využívané části krajiny v povodí Litavy před projevy vodní eroze na půdě.

Materiály a metoda vektorizace PSZ

Projekty KoPÚ byly brněnské pobočce VÚV TGM, v.v.i., poskytnuty jednotlivými pobočkami Státního pozemkového úřadu a byly podle zvoleného, dále popsaného postupu zpracovány. Následně byla provedena podrobná analýza těchto prvků, to vše s využitím nástrojů GIS.

Veškeré prvky plánu společných zařízení v rozdílných formátech byly následně jednotně vektorizovány v GIS systémech, čímž byla vytvořena databáze navržených či realizovaných PSZ. Každý typ dat vyžadoval individuální přístup, a to jak z důvodu rozdílných zdrojových formátů (shp, dgn, dwg, pdf, jpg), ve kterých byly získány, tak i z důvodu odlišných kvalit, podrobnosti nebo způsobu tvorby výsledných map.

Všechna opatření byla převedena ze získaných typů dokumentací do shapefilů tak, aby nedošlo ke geometrické deformaci, a následně nadefinována v atributové tabulce. Nejméně přesný převod a zákres ochranných prvků PSZ nastal při převodu nafotografovaných dokumentací. Jako hlavní podklad pro vytvoření shapefilu byla použita digitální katastrální mapa (dále jen DKM). DKM se rozumí mapa ve tvaru číselného záznamu svého obsahu, který je možno prostřednictvím výpočetní a zobrazovací techniky znázornit a jinak účelově využít; záznam se pořizuje početním zpracováním měřických údajů a číselným záznamem nového uspořádání pozemků podle schváleného návrhu pozemkových úprav. Souřadnicový systém DKM je S­‑JTSK. Zásadním kritériem pro zákres daného prvku PSZ bylo jeho parcelní vymezení, jelikož všechna ochranná opatření by měla být parcelně vymezena (technická opatření), a to na obecních pozemcích. Není­‑li ochranný prvek parcelně vymezen, je jen malá pravděpodobnost, že bude v budoucnu realizován. Byla­‑li například polní cesta v projektovaném výkresu zakreslena jinak, než bylo její parcelní vymezení, prvek se zakreslil právě podle DKM. K některým katastrálním územím nebyla DKM k dispozici, zejména u projektů ukončených v roce 2015. Neproběhl tedy ještě záznam nového uspořádání pozemků podle návrhu pozemkových úprav. V tomto případě byly prvky PSZ zakresleny podle mapy PSZ (mapa s označením G5 podle Technického standardu dokumentace plánu společných zařízení) a skutečnost, že byl shapefile vytvořen bez DKM, byla zapsaná do atributové tabulky.

uhrova-1
Obr. 1. Lokalizace ukončených KoPÚ v povodí Litavy
Fig. 1. The localization of completeted land consolidations in the Litava basin

V atributové tabulce bylo u každého prvku zaznamenáno, zda se jedná o stávající opatření (opatření, která se nacházejí v území již před zahájením KoPÚ), o návrh opatření v rámci KoPÚ, nebo zda stav prvku není specifikován. V některých případech došlo u prvků PSZ k překrytí (dochází k překryvu územním systémem ekologické stability – ÚSES s prvky protierozní ochrany – PEO nebo vodohospodářskými opatřeními – VHO; nedochází k překryvu VHO s PEO) – např. navržená retenční nádrž je zároveň i biocentrem apod. V tomto případě byl prvek zařazen do více shapefilů podle konkrétního zařazení. Liniové prvky podél polních cest, jako například liniová zeleň nebo cestní příkop, které nemají svá parcelní vymezení, byly popsány a přiřazeny k dané cestě.

Vektorizovaná opatření byla zakreslena v typu geometrie polygon, aby bylo možné vypočítat jejich plošné vymezení (výjimku tvoří propustky, které byly zakresleny bodově). Jednotlivé návrhy opatření, popřípadě objekty plánu společných zařízení byly rozděleny do osmi typů. Byl zvolen systém zápisu prvků jednoho typu vždy do samostatných shapefilů:

 

  • technická ochranná opatření liniového typu – větrolamy, průlehy, meze, příkopy, hrázky, zasakovací pásy a stabilizace údolnic;
  • ochranná opatření plošného typu – organizační a agrotechnická opatření, ochranné zatravnění (TTP) a zalesnění;
  • nádrže – suché retenční nádrže, nádrže se stálým nadržením a mokřady;
  • terasy;
  • meliorace – odvodněné plochy;
  • ÚSES – interakční prvky, krajinná zeleň, biocentra a biokoridory;
  • polní cesty – hlavní, vedlejší a doplňkové polní cesty;
  • propustky.

 

Celkem 57 % ploch povodí Litavy zaujímají pozemky zemědělsky využívané. Tato plocha je potencionálně ohrožena výskytem vodní eroze půdy, která může způsobit velké škody na samotné půdě, ale i okolní zástavbě. Proto bylo hodnocení protierozní ochrany území provedeno na zájmovém území pomocí pro podmínky ČR verifikovaného stanovení průměrné dlouhodobé ztráty půdy, tzv. univerzální rovnicí ztráty půdy (USLE) [1, 2]. Při stanovování LS faktoru bylo využito programu USLE 2D [3] při algoritmu podle McCoola [4]. U faktorů R a P jsou použity konstantní hodnoty (R = 40 MJ.ha-1.cm.h-1 a P = 1,0). Pro stanovení K faktoru bylo využito údajů z celostátní databáze BPEJ. Na základě hlavní půdní jednotky je přiřazena každému elementu vektorové vrstvy BPEJ hodnota K faktoru [2]. Při stanovení C faktoru byl využit jako podklad celostátně dostupný registr půdních bloků LPIS (Land parcel identification system). Jednotlivé hodnoty C faktoru byly stanoveny v závislosti na klimatickém regionu, který je vyjádřen prvním číslem kódu BPEJ [5].

Vyhodnocení komplexních pozemkových úprav

Jak již bylo výše uvedeno, vybraným zájmovým územím pro vyhodnocení komplexních pozemkových úprav je povodí Litavy. Litava je významný levostranný přítok Svratky pramenící ve Chřibech, s délkou toku 58,55 km, jejíž povodí zaujímá plochu 788,36 km2 o průměrném sklonu povrchu 14,01 %. V této ploše se nachází nebo do ní jen minimálně zasahuje 144 katastrálních území. Z celkového počtu katastrálních území proběhly KoPÚ ve třiceti z nich a ve třech aktuálně probíhají, což odpovídá 20,8 % (obr. 1). V plošném vyjádření prošlo procesem pozemkových úprav 139,32 km2 plochy, tedy zhruba 17,7 % plochy povodí. Protože je proces KoPÚ zaměřen na zemědělsky využívané plochy, je tedy třeba se zabývat zemědělsky využívanými plochami, které jsou v povodí Litavy na necelých 57 % (447,18 km2), z toho prošlo procesem KoPÚ téměř 23 % (101,29 km2) zemědělsky využívaných ploch [6].

uhrova-2
Obr. 2. Časový trend počtu ukončených KoPÚ v povodí Litavy
Fig. 2. Time­‑trend in the number of completed land consolidations in the Litava basin

Z časového trendu získaných dokumentací KoPÚ pro povodí Litavy (obr. 2) byl zaznamenán nejvyšší počet ukončených komplexních pozemkových úprav v povodí v letech 2003–2005, a to převážně v okresech Vyškov a Brno­‑venkov. Podíl úspěšně ukončených KoPÚ v povodí v jednotlivých okresech uvádí obr. 3.

 

 

uhrova-3
Obr. 3. Počty ukončených KoPÚ na jednotlivých pobočkách SPÚ
Fig. 3. Numbers of completed land consolidations in each branch of the State Land Office

Skladba prvků plánu společných zařízení

Vyhodnocení jednotlivých prvků zaznamenaných plánů společných zařízení vzniklých při KoPÚ bylo provedeno na základě dat poskytnutých Státním pozemkovým úřadem. Počet identifikovaných prvků výše popsanou vektorizací i jejich plošnou výměru ukazuje tabulka 1, kde jsou započítány i prvky z právě probíhajících KoPÚ.

Počty prvků jednotlivých opatření bylo velice obtížné určit, zejména proto, že zásadním kritériem pro zákres daného prvku PSZ bylo jeho parcelní vymezení, a ne vždy je splněna podmínka 1 prvek = 1 parcela. Zejména u prvků územního systému ekologické stability (ÚSES), kde biocentra zaujímají velkou plochu v řádu až několika desítek hektarů a biokoridory dosahují délky několika kilometrů a zároveň protínají ostatní prvky PSZ, není možné, aby každý prvek měl pouze jednu parcelu. Nastaly také situace, kdy nebyla DKM k dispozici – jednalo se o nejnovější projekty KoPÚ, které ještě nebyly digitálně zakresleny do katastrální mapy. Podle analýzy zhruba jedna třetina navržených prvků nemá parcelní vymezení, jedná se zejména o prvky ÚSES. Počty jsou tedy pouze orientační. Vyšší vypovídací hodnotu má proto plošná výměra prvků. V tabulce jsou rozlišeny prvky „stávající“ – prvky, které byly zjištěny v rámci analýzy současného stavu a v zájmovém území se nacházely před zahájením KoPÚ, prvky „navržené“ – prvky, které byly navržené v rámci KoPÚ a „nespecifikováno“ – prvky, jejichž stav nebylo možné ze získaných dat vyčíst.

Tabulka 1. Sumarizace prvků plánu společných zařízení z podkladů KoPÚ
Table 1. Sumarization of plans of collective equipment from completeted land consolidations
uhrova-tabulka-1

Mezi nejčastěji navrhované prvky patří bezesporu opatření sloužící ke zpřístupnění pozemků – polní cesty. Polní cesty byly navrženy ve všech k. ú., kde byly zpracovány KoPÚ. Celkově se jednalo o rozšíření stávající cestní sítě asi o 331 polních cest o celkové výměře téměř 85 ha, z nichž bylo 53 navrhovaných jako hlavních a 278 vedlejších či doplňkových. V třiceti katastrálních územích se tak v rámci KoPÚ různou měrou řešilo přibližně 700 polních cest zaujímajících zhruba 232 ha plochy řešených katastrů obcí. Cestní síť polních cest dotvářelo 223 propustků, z nichž je 121 nově navrhovaných. Asi v 53 % proběhlých KoPÚ v povodí Litavy byla navržena technická protierozní opatření (TPEO) na ochranu zemědělského půdního fondu. Nejčastěji navrhovaným ochranným prvkem byly protierozní příkopy v počtu 82 návrhů. Ochrannou protierozní funkci, ale i funkci ochrany před případným odtokem z plochy povodí mohou jako druhotnou mít ale i navržené polní cesty doplněné příkopy. Velmi pozitivním doprovodným efektem realizace ochranných opatření (navržené liniové biotechnické prvky jsou navrhovány s doprovodným ozeleněním) je zvýšení ekologické stability území. Opatření určená výhradně ke zvýšení ekologické stability krajiny na plochách řešených v ukončených KoPÚ zaujímají rozlohu asi 1 023 ha. Hydrologická opatření v podobě suchých nádrží nebo nádrží se stálým nadržením se v projektech na sledovaném území objevují v počtu 25, z toho jde u devíti nádrží o nové návrhy.

Opatření jako jsou plošná opatření proti vodní erozi (organizační, agrotechnická apod.) nebo odvodněné plochy (meliorace) většinou parcelní vymezení nemají, výjimku mohou tvořit trvalé travní porosty (TTP), které znamenají změny druhu pozemku. Stanovení počtů těchto opatření nemá tedy dostatečnou vypovídající hodnotu, vhodnější je jejich plošné vymezení (tabulka 2). Ochranná opatření plošného typu na zemědělsky využívaných pozemcích zaujímají dle získaných podkladů celkovou rozlohu téměř 2 750 ha.

S povodněmi a erozními jevy v povodí, kdy vlivem vzniklého povrchového odtoku dochází k odnosu úrodné části půdního horizontu do nižších poloh, často vznikají materiální škody v zastavěné části obce či dojde k újmě na zdraví obyvatel [7]. Nežádoucí účinky těchto povodní lze eliminovat vhodně navrženým komplexním systémem protipovodňových a protierozních opatření, který vychází z podrobné analýzy erozních a odtokových poměrů. Řadu vhodných opatření lze realizovat správnou zemědělskou praxí, na kterou je v rámci dotační politiky státu a EU kladen stále větší důraz dodržováním zákonných opatření stanovených v Kontrole podmíněnosti (crosscompliance) a zejména jejích standardů GAEC. Vymezené standardy hospodaření jsou definovány členskými státy Evropské unie v souvislosti se zachováním kvality půdy, minimální úrovní péče a ochrany vody a hospodaření s ní (na základě rámce stanoveného v příloze č. III nařízení Rady (ES) č. 73/2009). S účinností od 1. 7. 2011 došlo k dalšímu zpřísnění podmínek hospodaření, zemědělci musí chránit i tzv. mírně erozně ohrožené půdy. Další opatření se realizují prostřednictvím komplexních pozemkových úprav, především pak budováním společných zařízení.

Tabulka 2. Výměra ochranných opatření plošného typu
Table 2. Acreage of erosion control measures in the area with soil
uhrova-tabulka-2

Vyhodnocení ohroženosti území

V povodí Litavy je v současné době podle našich analýz téměř 60 % zemědělské půdy potencionálně ohroženo nadlimitním odnosem půdy. Pokud se zaměříme na k. ú. s ukončenými KoPÚ, tak v těchto katastrech je zemědělské využití plochy průměrně vyšší než je průměr v celém povodí Litavy. Obděláváno je až 72 % ploch katastrů a k dnešnímu stavu povodí je v k. ú. obcí s ukončenými KoPÚ stále ohroženo, podle dnes platných limitů v ČR (4 t/ha/rok), až 57 % ploch zemědělsky využívané půdy odnosem půdy způsobeným plošnou erozí půdy.

Je třeba vzít v úvahu, že se jedná o stav v době, kdy nejsou realizovány všechny navržené protierozní prvky. Protože ale v průběhu let trvání KoPÚ došlo k vývoji způsobu stanovení jednotlivých vstupních charakteristik pro výpočet hodnoty ztráty půdy i výše limitních odnosů, nebude území dostatečně chráněno ani po realizaci všech v rámci KoPÚ navržených ochranných protierozních opatření. Zásadní změnu při stanovení erozního ohrožení zaznamenalo navýšení hodnoty R faktoru z původních 20 MJ.ha-1.cm.h-1 na dnešních 40 MJ.ha-1.cm.h-1, které tak navyšuje stanovenou erozní ohroženost na dvojnásobek. Nejen z těchto zmíněných důvodů ani nemůže být dnešní stav území z pohledu protierozní ochrany vyhovující. Je však velice málo pravděpodobné, že již proběhlé KoPÚ budou revidovány a doplněny o nové návrhy TPEO, a to zejména proto, že zde jsou již vyřešeny vlastnické vztahy a jen těžko by se vyčleňovaly nové pozemky pro prvky PSZ. Snížení erozního smyvu by se však dalo docílit dodržováním vhodných organizačních a agrotechnických opatření.

Závěr a diskuze

Prvky PSZ analyzované v rámci příspěvku jsou analýzou projektů KoPÚ. Nejde tedy o zaznamenání všech prvků, které se dnes skutečně nacházejí nebo jsou navrhovány v oblasti povodí Litavy.

Celkem 18 % plochy celé ČR (16 % katastrálních území) prošlo procesem komplexních pozemkových úprav. V rámci JMK prošlo tímto procesem 27 % plochy z celkové rozlohy kraje (23 % katastrálních území v kraji) a v povodí Litavy toto procento činí jen 17,7 %. Nižší procento pokrytí plochy povodí KoPÚ je způsobeno zalesněním severní části povodí. Při zaměření na zemědělsky využívané plochy prošlo v povodí procesem KoPÚ 23 % těchto ploch. S ohledem na skoro 25leté trvání tohoto procesu se zdá, že vidina zpracování celého území není příliš blízkou budoucností. Je třeba ale brát v úvahu urychlení procesu v posledních letech a také jeho stále se zvyšující pozitivní přístup k ochraně krajiny.

Ochrana zastavěných území obcí před dopady zejména povodní z přívalových srážek a s nimi související projevy eroze půdy jsou dlouho akcentovanými problémy, které představují rozsáhlou problematiku. Povodně z přívalových srážek, které charakterizují vysoké srážkové úhrny a doby trvání deště do 180 minut [8], jsou v poslední době vzhledem k častému výskytu výrazným problémem. Souvislosti jsou spatřovány ve změnách extremit klimatických jevů v rámci hydrologického roku, na jedné straně jde o nebývale suchá období způsobená zvýšenými teplotami vzduchu a nedostatkem srážek, na druhé straně jsou zaznamenávány intenzivní srážky spadlé v krátkém časovém intervalu. Tyto skutečnosti poukazují na potřebu navýšení protierozní ochrany navržené obzvláště v začátcích vzniku procesů KoPÚ.

I přes ukončené návrhy komplexních pozemkových úprav je z pohledu erozní i hydrologické ochrany území nejdůležitější samotná realizace navržených prvků. Tisková zpráva Nejvyššího kontrolního úřadu ze dne 1. 6. 2015 z kontrolní akce proběhlé na Ministerstvu zemědělství, Státním pozemkovém úřadě v Praze a na Státním zemědělském intervenčním fondu v Praze v rámci již ukončeného Programu rozvoje venkova České republiky na období 2007–2013 uvádí, že od roku 1995 bylo realizováno pouze 9 % ze všech navrhovaných opatření. Z navrhovaných protierozních opatření bylo realizováno jen 7 % a z navrhovaných vodohospodářských opatření pouze 10 %. Zde hraje největší roli financování prvků PSZ, které v České republice, na rozdíl od okolních států, kde jsou opatření částečně hrazena obcemi i vlastníky pozemků, hradí v plné výši stát. V letech 2007–2014 vynaložilo MZe na pozemkové úpravy z různých zdrojů celkem 13 miliard Kč [9].

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 Odpadové hospodářství.

Souhrn

Cílem článku je představit dílčí části řešení projektů TA02020128 a TA02021032. Tyto části řešení zpracovávaly problematiku kvality kalů a dalších odpadů z domovních a malých čistíren (do přibližně 1 000 EO) využívajících aktivační, anaerobní a extenzivní (tzv. přírodní, nebo také přírodě blízké) procesy čištění, zahrnující i kořenové čistírny s vertikálními nebo horizontálními filtry a stabilizační nádrže. Tyto čistírny se uplatňují pro čištění komunálních odpadních vod také v České republice, a to pro zdroje velikosti od jednotlivých domů až po obce do 2 000 EO. Výzkumné práce zahrnovaly monitoring, vzorkování a analýzy kalů různě odvodněných a stabilizovaných. Dále monitoring a analýzy ostatních odpadů produkovaných na sledovaných ČOV, z objektů mechanického předčištění, kořenových filtrů (vegetace makrofyt, filtrační materiál kolmatovaný kalem) a ze stabilizačních nádrží (sedimenty, vegetace makrofyt). Prezentovány jsou výsledky analýz vzorků kalů a dalších materiálů z několika ČOV velikosti do přibližně 800 EO z období 2006 až 2014 a výsledky pokusného kompostování těchto materiálů.

Úvod

Cílem článku je představit dílčí části řešení projektů TA02020128 a TA02021032 (informace o projektech jsou dostupné na webových stránkách např. www.vuv.cz). Prezentovaná část řešení zpracovává problematiku kvality kalů a dalších odpadů z domovních a malých čistíren (do přibližně 1 000 EO) využívajících aktivační, anaerobní a extenzivní (tzv. přírodní nebo také přírodě blízké) procesy čištění, zahrnující i kořenové čistírny s vertikálními nebo horizontálními filtry a stabilizační nádrže. Tyto čistírny se uplatňují pro čištění komunálních odpadních vod také v České republice, a to pro zdroje velikosti od jednotlivých domů až po obce do 2 000 EO. Prezentovány jsou výsledky analýz vzorků kalů a dalších materiálů z ČOV z období 2006 až 2014 a výsledky pokusného kompostování těchto materiálů.

Při použití kalu ke hnojení půdy je třeba věnovat pozornost možné kontaminaci půdy, podzemní, popř. povrchové vody a ovzduší. Vyloučení kontaminace půdy a rostlin na ní pěstovaných lze dosáhnout dodržením koncentračních limitů kontaminujících látek v kalu. V České republice je v platnosti vyhláška č. 382/2001 Sb., kde vedle technických a organizačních podmínek aplikace jsou vymezeny kvalitativní ukazatele, jejichž dodržení je nezbytné pro eliminování negativních účinků kalu vlivem přítomnosti kontaminantů. Důležitým ukazatelem pro případnou aplikaci, zejména kvůli okamžité možnosti kontaminace, je mikrobiální kontaminace kalů. Proto jsou zmíněnou vyhláškou stanoveny i dvě kategorie kalů z hlediska jejich mikrobiální kontaminace a použitelnosti v zemědělství. Přípustné pro zemědělskou aplikaci jsou jen stabilizované kaly.

rozkosny-1
Obr. 1. Pohled na jednotlivé sekce anaerobně­‑aerobních ČOV (vlevo pro 5 EO, vpravo pro 200 EO)
Fig. 1. View of individual sections of anaerobic­‑aerobic WWTP (left WWTP 5 p. e., right WWTP 200 p. e.)

Stabilizace kalů, anaerobní i aerobní, vychází z technických parametrů při tomto zpracování – u anaerobní stabilizace z doby zdržení kalu ve fermentoru a teploty, přičemž technický stupeň vyhnití lze hodnotit z úbytku organické hmoty. Je všeobecně známo, že hygienické vlastnosti kalu se jeho stabilizací výrazně zlepšují, přesto však ani dokonale stabilizovaný kal není materiálem zcela nezávadným [1]. Na úrovni Evropské unie je platná směrnice pro použití kalů v zemědělství [2]. Z hlediska procesu hygienizace patří mezi důležité místní předpisy technická norma TNV 758090 [3].

Metodika

V období 2006 až 2014 proběhlo vzorkování kalů objektů mechanického předčištění extenzivních (kořenových) ČOV, sedimentů dočišťovacích nádrží extenzivních ČOV, kolmatovaných filtračních materiálů kořenových filtrů a biomasy makrofyt.

Z extenzivních ČOV byly sledovány dvě domovní kořenové čistírny, projektované pro zatížení 4 EO a 20 EO, a dvě komunální čistírny s projektovým zatížením 200 a 800 EO, napojené na jednotné kanalizační sítě [4].

rozkosny-2
Obr. 2. Štěrbinová usazovací nádrž komunální kořenové ČOV
Fig. 2. Slot (Imhoff) settling tank used as a part of municipal constructed wetland WWTP

Technologická linka kořenových ČOV:

  1. ČOV 800 EO – štěrbinová nádrž (obr. 2) jako objekt mechanického předčištění, navazující kořenové filtry horizontální s podpovrchovým kontinuálním prouděním a dočišťovací stabilizační nádrž;
  2. ČOV 200 EO – usazovací nádrž podélnou prizmatického tvaru s boční vyhnívací komorou (obr. 3), navazující kořenové filtry horizontální s podpovrchovým kontinuálním prouděním a dočišťovací stabilizační nádrž. Návrhové parametry jsou obvyklé těmto systémům [5]. Napojení ČOV na jednotné kanalizační sítě znamená vnos smyvů ze střešních konstrukcí, z komunikací a dalších zpevněných ploch. Tyto smyvy obsahují určité množství prachu a dalších pevných částic a mohou být zatíženy těžkými kovy a dalšími polutanty [6–8].

Technologická linka obou domovních kořenových ČOV zahrnuje biologický septik (obr. 4) jako objekt mechanického předčištění a navazující kořenový filtr horizontální s podpovrchovým kontinuálním prouděním. Na obě čistírny jsou napojeny pouze splaškové vody produkované čtyřmi obyvateli v prvním případě (ČOV pro 4 EO) a deseti obyvateli ve druhém případě (ČOV pro 20 EO).

rozkosny-3
Obr. 3. Štěrbinový lapák písku (vlevo) a pohled na usazovací nádrž s boční vyhnívací komorou (vpravo) komunální kořenové ČOV
Fig. 3. Slot sand trap (left) and a view of settling tank with lateral digestion chamber (right) used as a part of municipal constructed wetland WWTP

Druhá čistírna byla dimenzována na průměrné zatížení až 20 EO, z důvodu víkendových a prázdninových společenských a kulturních akcí v areálu objektu. V rámci projektu TA02021032 byl vyvinutý inovovaný septik (obr. 5), který byl také sledován v poloprovozním režimu. Druhou skupinu sledovaných čistíren odpadních vod tvořily čistírny anaerobně­‑aerobní typu Anacomb s návrhovým zatížením od 5 EO do 200 EO [9, 10] (obr. 1). Jedná se o typ tzv. „balených“ (vestavných) čistíren kombinujících sekci čištění vody v anaerobních podmínkách a sekci čištění vody s provzdušováním, tedy sekci typickou pro aktivační čistírny (obr. 1).

rozkosny-4
Obr. 4. Příklad sledovaného biologického vícekomorového septiku domovní kořenové ČOV – umístění na pozemku, přístupové otvory
Fig. 4. An example of multi­‑compartment biological septic tank of a household constructed wetland WWTP – situation at the land, access holes

Vzorky kalů byly odebírány časově jako bodové, ale prostorově směsné. Vzorky byly odebírány z kalové sekce anaerobních a aktivačních ČOV. U extenzivních ČOV byly odebírány z objektů mechanického předčištění (vyhnívacích prostor štěrbinových usazovacích nádrží, prostor septiků a akumulačních prostor lapáků písku). Vzorky sedimentů z nádrží byly odebírány také jako časově bodové, ale prostorově směsné, a to pomocí pístového odběráku. Vzorky byly umístěny do vzorkovnice z PE a v chladnu přepraveny do laboratoře. V laboratoři byly vzorky homogenizovány, lyofilizovány a dále zpracovány k analýzám – stanovení sušiny, ztráty žíháním, makroelementy (Ca, Mg, K, Na, Mn, Fe), těžké kovy (tabulka 2 a 4), ukazatele mikrobiálního znečištění fekální koliformní bakterie a enterokoky, obsah dusíku a fosforu. Analýzy byly prováděny podle akreditovaných postupů. Vzorky materiálu kolmatovaného uniklým kalem byly odebírány z kořenových filtrů jako časově a prostorově bodové. Vzorky byly odebírány z povrchu (vrstva 0–10 cm) a z hloubky (vrstva 30–40 cm) vždy v hlavní čistící zóně, mimo rozdělovací a sběrné zóny s hrubším kamenivem. Pro stanovení nutrientů, makroelementů a rizikových prvků byla separována frakce pod 0,063 mm. Vzorky biomasy byly sbírány v případě makrofyt kosením ze čtverce 0,25 × 0,25 m v průběhu celého roku. Po odběru byla biomasa vysušena a dále analyzována.

rozkosny-5
Obr. 5. Příklad sledovaného biologického vícekomorového septiku vyvinutého v rámci projektu TA02021032 Anasep – umístění na pozemku, pohled do jednotlivých sekcí během provozu
Fig. 5. An example of multi­‑compartment biological septic tank developed within the research project TA02021032 Anasep – situation at the land, view of individual compartments during operation

Výsledky

Vyhodnocení vzorků kalů a sedimentů z extenzivních (kořenových) ČOV

S výjimkou jednoho vzorku se zvýšeným obsahem mědi nebylo v celém období sledování 2006 až 2014 zjištěno překročení obsahu rizikových prvků (těžkých kovů) a látek (PCB, AOX) z hlediska vyhlášky č. 382/2001 Sb. (limity pro těžké kovy jsou uvedeny v tabulce 2). Obsah rizikových prvků ve vzorcích kalů z usazovacích nádrží kořenových čistíren byl následující: 5–9 mg/kg As, 0,1–0,9 mg/kg Cd, 32–54 mg/kg Cr, 62–586 mg/kg Cu, 0,1–0,7 mg/kg Hg, 24–36 mg/kg Ni, 18–55 mg/kg Pb, 165–1 120 mg/kg Zn. Rozsah obsahu AOX byl zjištěn v rozmezí 10–152 mg/kg (limit dle vyhlášky č. 382/2001 Sb. je 500 mg/kg). Rozsah obsahu PCB byl zjištěn v rozmezí 0,01–0,28 mg/kg (limit dle vyhlášky č. 382/2001 Sb. je 0,6 mg/kg). Ve vzorcích sedimentů z dočišťovacích nádrží byl zjištěn menší podíl organických spalitelných látek (o přibližně 50 až 70 %) než v kalech z předčištění. Také je patrný úbytek obsahu mědi, zinku a PCB zřejmě v souvislosti s jejich dobrou akumulací nejen do kalu, ale i do makrofytní vegetace kořenových filtrů [11]. Sediment nádrže za ČOV pro 200 EO byl výrazně méně zatížený než sediment z nádrže za ČOV pro 800 EO. Detailní údaje k obsahu rizikových prvků obou nádrží publikovali Rozkošný a Sedláček [4]. Analýzy mikrobiálního znečištění kalů a sedimentů (enterokoky, termotolerantní koliformní bakterie) neprokázaly nadlimitní zatížení, vzorky vyhovovaly limitům stanoveným vyhláškou č. 382/2001 Sb. Množství fekálních koliformních bakterií bylo zjištěno v kalech v rozpětí hodnot 1 × 103–1 × 105 KTJ/g sušiny. Množství enterokoků bylo zjištěno v rozmezí 1 × 105–9 × 105 KTJ/g sušiny. Přítomnost salmonel nebyla zjištěna. Ve vzorcích sedimentů dočišťovací nádrže ČOV pro 800 EO bylo zjištěno množství fekálních koliformních bakterií v rozmezí 0–6 × 102 KTJ/g sušiny, enterokoků 0–1 × 103 KTJ/g sušiny. Mikrobiální koncentrace je tedy výrazně nižší než v případě kalů z předčištění a prakticky splňuje limity I. kategorie kalů podle zmíněné vyhlášky a v případě těžby je možné je aplikovat obecně na zemědělské pozemky.

Tabulka 1. Obsah makroelementů a nutrientů ve vzorcích pevných matric anaerobně­‑aerobních ČOV Anacomb (hodnoty uvedeny jako: min–max/průměr)
Table 1. Contents of macroelements and nutrients in samples of solid matrices of the anaerobic­‑aerobic WWTPs Anacomb (range of min–max values/average value of the whole data set)
rozkosny-tabulka-1

Vyhodnocení vzorků kalů ze septiků domovních extenzivních (kořenových) ČOV

Obsah rizikových prvků ve vzorcích kalů ze septiků domovních kořenových čistíren byl následující: 2–4 mg/kg As, 1–1,5 mg/kg Cd, 8–43 mg/kg Cr, 128–161 mg/kg Cu, 0,3–0,6 mg/kg Hg, 10–28 mg/kg Ni, 8–14 mg/kg Pb, 550–1 100 mg/kg Zn. Vzorky měly sušinu 3–6 % a ztrátu žíháním 60–85 %. Obsah dusíku byl v rozmezí 20–30 g/kg
sušiny a obsah fosforu 5–14 g/kg sušiny. Složením tedy kaly ze septiků prakticky řádově odpovídají složení kalů z balených ČOV kategorie do 10 EO (tabulky 1 a 2). Mikrobiální znečištění nebylo z důvodu finančních prostředků provedeno.

Vyhodnocení vzorků kalů z aktivačních a anaerobních ČOV typu Anacomb

Obsahy těžkých kovů ve všech vzorcích kalů z uvedených ČOV nepřekračovaly limitní hodnoty stanovené pro využití kalů v zemědělství (tabulka 2). Výjimkou byl kal z jedné ČOV kategorie do 200 EO s nadlimitním obsahem zinku (tabulka 2). Kal z jiné ČOV do 200 EO se v koncentraci zinku blížil stanovenému limitu. Množství kovů a makroelementů v kalech se lišilo také podle typu vod napojených na jednotlivé ČOV, protože do části z nich byly napojeny také menší průmyslové provozovny. U kalů ČOV kategorie do 10 EO byly zjištěny menší obsahy chromu, arsenu, rtuti, niklu, olova a zinku. V tabulce 1 jsou uvedeny obsahy dusíku, fosforu a makroelementů. Sušina kalů a obsah spalitelných organických látek se u obou kategorií ČOV pohybovaly v prakticky stejném rozmezí. Oproti kalům anaerobně stabilizovaným z objektů mechanického předčištění extenzivních ČOV obsahovaly kaly všech balených čistíren kategorie do 10 EO výrazně vyšší množství mikroorganismů (ukazatele enterokoky a fekální koliformní bakterie). Množství fekálně koliformních bakterií se pohybovalo v rozpětí 1 × 105–3,7 × 107 KTJ/g sušiny a množství enterokoků v rozpětí 2,5 × 104–1,6 × 107 KTJ/g sušiny. Pro případné využití kalů v zemědělství by bylo nutné jejich další zpracování, nebo odvoz ke zpracování v rámci kalového hospodářství větší ČOV, což se u všech sledovaných lokalit provádí.

Filtrační materiál kořenových filtrů

Změny filtračních materiálů kořenových filtrů podrobně zkoumala např. Hyán-ková [12], Švehla a kol. [11], Suchý a kol. [13] apod. Autoři uvádí změny pórovitost a hydraulické vodivosti filtračních materiálů v důsledku kolmatace v čase. Procentní podíl kalu v sušině filtračního materiálu se pohyboval v jednotkách procent. V částech kořenových filtrů několika ČOV nejvíce zasažených kolmatací byly zjištěny hodnoty 10 až 16 % kalu v sušině materiálu. Se vzdáleností od nátoku vod do kořenových filtrů podíl kalu klesal, a to u všech ČOV sledovaných v mnoha studiích výše uvedenými autory. Tyto poznatky potvrzují také průzkumy filtračních materiálů kořenových filtrů ČOV Dražovice, Hostětín, Myslibořice, Olší nad Oslavou a Pavlínov prováděné VÚV TGM, v.v.i., Brno v letech 2008 až 2012. Podíl spalitelných organických látek (ztráta žíháním) v sušině filtračních materiálů obsahujících jednotky procent kalu byl zjištěn do 3 %. V roce 2012 byly odebrány vzorky z kořenových filtrů ČOV Dražovice pro zjištění obsahu nutrientů, makroelementů a rizikových prvků. Ztráta žíháním vzorků z oblasti nátokových zón činila 13 až 19 %, z oblasti odtokových zón do 5 %. Obsah vybraných prvků ve frakci pod 0,063 mm byl následující: celkový dusík 19–36,4 g/kg sušiny, celkový fosfor 2,5–8,5 g/kg, Na 0,5–1,1 g/kg, K 3–10 g/kg, Ca 19–85 g/kg, Mg 4,9–8,6 g/kg, Al 12,6–35,2 g/kg, Fe 8–27 g/kg, Mn 0,27–0,37 g/kg sušiny. Obsah rizikových prvků ve stejné frakci byl v následujících rozmezích: As 4,9–9,9 mg/kg, Cd 0,5–1,1 mg/kg, Cr 20,3–95,3 mg/kg, Cu 123–453 mg/kg, Hg 0,18–0,64 mg/kg, Ni 26,9–37,2 mg/kg, Pb 13,6–42,7 mg/kg, Zn 679–310 mg/kg sušiny. Množství rizikových prvků tedy opět nepřekračuje limitní hodnoty dané vyhláškou o použití kalů v zemědělství a všechny zjištěné údaje odpovídají složení vzorků kalu z let 2006 až 2012 odebraných z usazovací nádrže, což bylo možné předpokládat. Suchý a kol. [13] uvádí ve vzorcích separovaných kalů z kolmatovaných filtračních materiálů kořenových filtrů sedmi kořenových čistíren stáří 2–6 let následující průměrné hodnoty: celkový fosfor 3 g/kg sušiny, Na 0,6 g/kg, K 2,1 g/kg, Mg 3,7 g/kg, Ca 77 g/kg, Al 6 g/kg, Fe 5 g/kg, Mn 0,08 g/kg, As 2 mg/kg, Cd 0,2 mg/kg, Cr 40,2 mg/kg, Cu 18,5 mg/kg, Hg 0,08 mg/kg, Ni 14,9 mg/kg, Pb 15,5 mg/kg a Zn 273 mg/kg. Zjištěné hodnoty tedy řádově odpovídají námi provedeným rozborům. Mikrobiální zatížení kolmatovaných materiálů bylo zjištěno nižší než v případě vlastních kalů z mechanického předčištění, obsah fekálních koliformních bakterií byl v rozpětí 4,4 × 104–1 × 106 KTJ/g sušiny, obsah enterokoků 7,6 × 103–9 × 105 KTJ/g sušiny. Lze předpokládat, že po vyplavení kalu objektů mechanického předčištění a jejich sedimentace ve filtračních materiálech kořenových filtrů dochází k jejich stabilizaci, a to v aerobních až anaerobních podmínkách podle tloušťky vrstvy naplaveného materiálu.

Tabulka 2. Obsah rizikových prvků a sloučenin ve vzorcích pevných matric anaerobně­‑aerobních ČOV Anacomb (hodnoty uvedeny jako: min–max/průměr)
Table 2. The content of hazardous elements and compounds in samples of solid matrices of the anaerobic­‑aerobic WWTPs Anacomb (range of min–max values/average value of the whole data set)
rozkosny-tabulka-2

Biomasa makrofyt z povrchu kořenových filtrů

Dalším odpadem produkovaným provozem kořenových čistíren odpadních vod je biomasa makrofytní vegetace, kterou jsou osázeny tzv. kořenové filtry. Provozní přístupy k údržbě této vegetace jsou různé, od stavu, kdy není biomasa sklízena prakticky od začátku provozu čistírny, přes každoroční spalování v jarních obdobích přímo na povrchu filtrů, až po kosení a sklízení v různých obdobích roku (během vegetačních sezon, na podzim, ke konci zimy) v různém časovém intervalu (každoročně, jednou za několik let). S vývojem aplikace této čistírenské technologie v České republice je možné konstatovat, že pravidelné sklízení vegetace makrofyt vede k její lepší regeneraci (bez sklízení postupem času vegetace řídne, mění se její složení, dochází k náletu a rozvoji druhotné vegetace druhů náročných na živiny), lepší kontrole povrchu filtrů a nedochází k akumulaci biomasy z rozkladu staré vegetace na povrchu filtrů. Množství akumulované hmoty bylo zjištěno u kořenových filtrů bez sklízení vegetace po dobu cca 10 let v rozmezí 2 až 4 cm. Charakter materiálu se blíží kompostu (vlastní pozorování autorského týmu). Výsledky rozborů vzorků biomasy rákosu (Phragmites australis) a chrastice (Phalaris arundinacea), tedy dvou základních druhů využívaných při realizaci kořenových ČOV v České republice, uvádí podrobně Vymazal a kol. [14] a Vymazal a kol. [15].

Tabulka 3. Obsah vybraných nutrientů ve vzorcích kompostů z extenzivní (kořenové) ČOV (hodnoty uvedeny jako: 1. série / 2. série)
Table 3. Content of nutrients in samples of composts from constructed wetland WWTP (1st batch / 2nd batch)
rozkosny-tabulka-3

Nakládání se sledovanými materiály

V roce 2012 bylo zahájeno pokusné zpracování odpadů z extenzivních ČOV (kaly, kolmatovaný filtrační materiál, makrofytní vegetace kořenových filtrů) kompostováním. Postupně bylo připraveno několik sad pokusných kompostů s využitím odpadních materiálů extenzivních ČOV (stabilizovaný kal, filtrační materiál kolmatovaný uniklým kalem a obohacený zbytky po rozkladu biomasy vegetace, sklizená makrofytní vegetace z kořenových filtrů a biomasa z kosení trávníků v areálu ČOV). V roce 2014 tyto pokusy zaměřené na extenzivní ČOV byly rozšířeny o další typy ČOV a jimi produkované odpady (kaly z procesu čištění) u zdrojů do 1 000 EO.

Tabulka 4. Obsah těžkých kovů ve vzorcích kompostů z extenzivní (kořenové) ČOV (hodnoty uvedeny jako: 1. série / 2. série)
Table 4. Content of heavy metals in samples of composts from constructed wetland WWTP (1st batch / 2nd batch)

rozkosny-tabulka-4

tabulce 35 jsou uvedeny výsledky analýz konečných produktů (kompostů) z procesu kompostování odpadů a kalů produkovaných komunální kořenovou ČOV pro 800 EO po ukončení dvou sérií pokusů.

Legenda k označení vzorků K5 až K8

K5 – biomasa + filtrační materiál s kalem uniklým z usazovací nádrže (akumulace
kalu po dobu cca 13 let) – horní polovina kompostéru

K6 – biomasa + filtrační materiál s kalem uniklým z usazovací nádrže (akumulace
kalu po dobu cca 13 let) – dolní polovina kompostéru

K7 – biomasa + kaly z objektů mechanického předčištění – horní polovina kom-
postéru

K8 – biomasa + kaly z objektů mechanického předčištění – dolní polovina kom-
postéru

Jak vyplývá z dlouhodobých sledování kalů z objektů mechanického předčištění extenzivních ČOV, nepřekračuje jejich kontaminace rizikovými prvky a látkami a mikrobiální znečištění limitní hodnoty dané vyhláškou pro použití kalů v zemědělství. Mikrobiální znečištění kalů je však poměrně proměnlivé v závislosti na míře stabilizace. Pro dosažení větší stability míry kontaminace by bylo dobré více hlídat probíhající procesy, případně zvolit mezistupeň stabilizace kalů před jejich použitím v zemědělství. Podobné zkušenosti ze zahraničí uvádí např. Oleszkiewicz [16] a Uggetti [17]. Jednou z možností je kompostování [17, 18]. Tento proces přináší pozitivní změny vstupních materiálů a jejich nižší kontaminaci. Možnost uplatnění kalů v zemědělství se však vyvíjí v období, kdy provádíme sledování podle dohody mezi provozovateli a zemědělsky hospodařícími subjekty. V obdobích, kdy není zájem ze strany těchto subjektů o kaly, je nutné jejich vyvážení na jiné komunální ČOV s kalovým hospodářstvím, což je i pro provozovatele finančně náročnější.

Kaly z balených ČOV všech kategorií do 200 EO, které byly sledovány, jsou vyváženy obvykle dodavateli ČOV k dalšímu zpracování v rámci kalového hospodářství větších komunálních ČOV. Kaly ze septiků domovních extenzivních (kořenových) ČOV nebyly od zahájení jejich provozu (roky 2010 a 2011) prozatím vyváženy. Prakticky hlavním problémem pro přímou aplikaci kalů z tzv. „balených“ ČOV (sledovány vybrané typy ČOV a anaerobními a aerobními sekcemi) v zemědělství je jejich zjištěná mikrobiální kontaminace. Je tedy nutné kaly odvážet k další stabilizaci a snížení mikrobiální kontaminace.

Tabulka 5. Mikrobiologické ukazatele ve vzorcích kompostů z extenzivní ČOV (hodnoty uvedeny jako: 1. série / 2. série)
Table 5. Microbial contamination of the samples of composts from constructed wetland WWTP (1st batch /2nd batch)
rozkosny-tabulka-5

Výskyt kalů na povrchu kořenových filtrů souvisí s jejich vyplavováním při hydraulickém přetížení ČOV a nebo s jejich bytněním a vyplouváním k hladině, odkud jsou vodou unášeny dále na filtry, v případě, že v usazovacím prostoru nejsou dostatečně navržené norné stěny. Vyplavování kalů v obou případech je u štěrbinových nádrží spojeno zřejmě s tím, že nejsou dostatečně prostupné štěrbiny (také v důsledku bakteriálních nárostů) a dochází k usazování kalů v prostoru nad štěrbinami, odkud jsou následně vyplavovány, nebo unikají při bytnění. U jiných typů nádrží a u septiků je příčinou nevhodný návrh konstrukcí objektů, nebo obtížné a nedostatečné odkalování pozorované u nádrží s bočními vyhnívacími komorami, kdy je kal přepouštěn do komor ode dna.

Biomasu makrofyt je možné využít pro kompostování. Naprosto nevhodným způsobem údržby je spalování této vegetace, zejména přímo na povrchu biofiltrů.

Kontaminace sedimentů dočišťovacích nádrží nepřekračuje limity pro jejich využití v zemědělství. Mikrobiální kontaminace odebraných vzorků byla velmi nízká. Zjištěné hodnoty umožňují přímé využití v případě těžby těchto sedimentů.

Závěr

Průzkum způsobů hospodaření s produkovanými odpady sledovaných ČOV ukázal, že zatím nejsou zpracovávány jako surovina, pouze stabilizované kaly jsou v některých případech využívány pro hnojení zemědělských pozemků. Z tohoto důvodu byly práce zaměřeny na ověření možností kompostování odpadových materiálů a ověření jejich aplikace při pěstování vybraných plodin (výsledky pokusů nebyly k datu zpracování příspěvku kompletní). Prozatímní výsledky kompostování prokázaly výrazné snížení mikrobiálního zatížení odpadů z ČOV a obsah poměrně velkého množství makroelementů využitelných vegetací při aplikaci výsledného produktu kompostování. Pozornost je však nutné věnovat obsahu těžkých kovů, protože ke snížení jejich obsahu kompostováním prakticky nedochází, výsledný obsah je výsledkem poměru míchání jednotlivých složek a při aplikaci je nutné mít informace o obsahu těchto kovů v půdě, kde se předpokládá aplikace kompostů. Je nutné zdůraznit, že biologicky dostupná bude pouze část těchto rizikových prvků. Pro praktickou aplikaci je nutné porovnání s požadavky a limitními hodnotami danými technickou normou k průmyslovým kompostům [19].

Poděkování

Prezentace byla vytvořena za podpory projektů TA02020128 Výzkum možností optimalizace provozu a zvýšení účinnosti čištění odpadních vod z malých obcí pomocí extenzivních technologií a TA02021032 Anaerobní separátor nerozpuštěných látek a nutrientů.

Posted by & filed under Aplikovaná ekologie.

Souhrn

Pro Českou republiku byla navržena kategorizace území z hlediska rizika vysychání drobných vodních toků (I. až IV. řád podle Strahlera). Byly stanoveny tři stupně rizika (malé, střední a velké) pro detailní plošky povodí (povodí IV. řádu). Stupně rizika byly definovány na základě hodnot vybraných abiotických charakteristik povodí a jejich kombinací. Výběr charakteristik a jejich hraniční hodnoty byly odvozeny metodou klasifikačních stromů. Klasifikovány byly lokality, které byly rozděleny do skupin podle toho, zda na nich bylo zjištěno vysychání. Vysychání bylo detekováno metodou retrospektivní biologické indikace. Tato nová metoda, založená na analýze makrozoobentosu, byla vyvinuta na základě komplexního výzkumu vysychajících i permanentních toků v období 2012–2015. Pomocí uvedené metody bylo vyhodnoceno 332 lokalit (1 362 vzorků), sledovaných na drobných vodních tocích ČR v rozmezí let 1997 až 2015. Výsledný stupeň rizika vysychání drobných vodních toků pro vytvoření mapy byl odvozen pomocí metody klasifikačních stromů z deficitu srážek, typu krajinného pokryvu, podílu hornin s obsahem jílovců, parametrů geomorfologických a z podílu stojatých vod v povodí. Území s malým rizikem vysychání představuje 45,3 %, se středním 23,3 % a s velkým rizikem 31,3 % rozlohy ČR. Vysoce riziková jsou povodí s převahou orné půdy a podílem vodních ploch větším než 1 ‰. Kategorizace má sloužit jako podklad pro rozhodovací procesy zejména pro management vodního hospodářství, zemědělství a ochrany přírody.

Úvod

Sucho je fenomén, který je obtížné jednoznačně definovat, přestože je mu věnována značná pozornost i mimo oblasti s typicky aridním klimatem. Dopady sucha se v posledních letech zabývá i řada projektů ve střední Evropě. Na problematiku sucha lze nahlížet z různých hledisek, komplexní pohled s akcentem na ekologické aspekty v akvatických systémech nabízí v mezinárodním měřítku monografie Drought and aquatic ecosystems [1]. Sucho v českých zemích je všestranně vyhodnoceno v aktuálně vydané monografii zpracované týmem odborníků pod vedením profesorů Brázdila a Trnky [2]. Česká republika nebyla v minulosti považována za zemi bezprostředně ohroženou suchem, ačkoliv se období sucha s nezanedbatelnými důsledky vyskytovala i v minulosti [2–6]. Situace se změnila na přelomu tisíciletí, zejména po extrémním průběhu počasí v roce 2003 [7] a také v roce 2015, kdy byla např. na řadě toků zaznamenána historická minima za období celého přístrojového sledování [8]. Fenomén sucha se tak dostal do popředí zájmu řady resortů státní správy, zejména Ministerstva zemědělství a Ministerstva životního prostředí. Oba resorty byly na základě Usnesení k přípravě realizace opatření pro zmírnění negativních dopadů sucha a nedostatku vody vládou ČR pověřeny zpracovat během dvou let koncepci ochrany před následky sucha [9].

Pro tvorbu koncepce budou důležitými vstupy jak identifikace příčin výskytu sucha, tak kategorizace území z hlediska míry rizika výskytu sucha, protože do oblastí s vysokým rizikem by měla být směřována jednotlivá opatření k omezení následků sucha. Zásadním vstupem by také měla být znalost účinnosti jednotlivých typů opatření.

K vymezení rizikových území lze přistupovat různě podle toho, zda je sledováno sucho meteorologické, hydrologické, zemědělské nebo socioekonomické. Základním přístupem pro toto vymezení je využívání indexů sucha různého typu; přehled a hodnocení jejich předností a slabin viz [2, 10]. Často jsou používány indexy založené na meteorologických datech, např. v evropském měřítku byla navržena klasifikace území na úrovni kombinovaných územních celků NUTS (Nomenclature of Units for Territorial Statistics), založená na využití indexu SPEI (Standardized Precipitation Evapotranspiation Index) [11]. V ČR jsou z pohledu sucha meteorologická data také intenzivně analyzována (viz
www.chmi.cz a [8]). Kategorizace území na základě hodnocení pomocí několika klimatických indexů je uvedena v Atlasu podnebí Česka [12]. Hodnocením sucha zemědělského s důrazem na jeho krátkodobou predikci se intenzivně věnuje Ústav agrosystémů a bioklimatologie na Mendelově univerzitě v Brně (www.intersucho.cz). Identifikaci zranitelných oblastí z hlediska nedostatku vodních zdrojů pro současnost i budoucí období provedli např. Beran a Hanel [13], početné další přístupy k hodnocení rizik spojených se suchem jsou uvedeny v monografii o suchu [2].

zahradkova-1
Obr. 1. Rozmístění lokalit na malých vodních tocích klasifikovaných metodou retrospektivní bioindikace do tříd podle permanence průtoku: PER – toky stále tekoucí, VUL – toky vysychající nepravidelně, INT – toky vysychající pravidelně
Fig. 1. The distribution of sites used in the analyses, classified by the retrospective bioindication method into groups according to the permanence of flow: PER (permanent) – a constant flow, VUL (vulnerable) – an irregular drying up, INT (intermittent) – a regular drying up

Jedním z nejnápadnějších projevů epizod sucha je pokles hladin vodních toků. Toto tzv. hydrologické sucho je intenzivně studováno na základě hodnocení údajů z hydrologických stanic, které jsou obvykle umístěny na větších tocích. Sucho je pro tento účel definováno určitou hranicí zabezpečeného průtoku (zpravidla hranice Q95, ale např. i Q355 apod.). Velmi nízké průtoky, a zejména průtoky nulové, mají závažné dopady na přežití živých organismů (bioty) s konsekvencemi nejen pro jakost vod, ale i pro jednotlivé ekosystémy v krajině, pro které je voda jedním z předpokladů samotné existence. Problematice nízkých, nulových a takzvaně minimálně přípustných průtoků byla věnována pozornost již v minulosti, v ČR viz např. práce M. Zelinky [14]. V období implementace směrnice 2000/60/ES (Rámcová směrnice o vodách) [15] je akcentována problematika ekologického stavu vodních útvarů povrchových vod a díky tomu jsou koncepty optimálního stanovení minimálních zůstatkových průtoků dále rozvíjeny. Kategorizaci území České republiky do čtyř typů oblastí v závislosti na charakteru hydrologického režimu a na klíčových procesech, které se v dané oblasti podílejí na tvorbě odtoku, navrhli Mrkvičková a Balvín v souvislosti s návrhem postupu stanovení minimálních zůstatkových průtoků [16].

Z hlediska typu toků, na kterých dochází v obdobích sucha k nejmarkantnějším změnám, patří k nejohroženějším toky menší, I. až IV. řádu podle Strahlera [17]. Jejich hydrologický režim více závisí na lokálních podmínkách v konkrétním malém povodí, než je tomu u toků větších. Na většině malých toků zpravidla nejsou umístěny měřicí stanice a exaktní údaje o jejich průtocích chybí. K výskytu nízkých průtoků až k vyschnutí toků však objektivně dochází, to lze doložit údaji z informačního systému (IS) SALAMANDER (www.is2ms.monsms.cz) bývalé Zemědělské vodohospodářské správy (ZVHS), v němž jsou uložena data z monitoringu drobných vodních toků. Informace o vyschnutí pochází také z terénních průzkumů autorů.

zahradkova-2
Obr. 2. Mapa deficitu srážek: kvantily rozdílů úhrnů srážek a evapotranspirace pro povodí IV. řádu; hodnota 0,1 odpovídá situaci, kdy evapontraspirace převládá nad
srážkami v povodí v 0–10 % případů, tedy jen v nejsušších letech; hodnota 1 odpovídá situaci, kdy evapontraspirace převládá nad srážkami v povodí v 91–100 % případů
Fig. 2. Map of the rainfall deficit: quantiles of the differences between precipitation and evapotranspiration in the 4th order catchments (the smallest hydrological units); the value 0.1 corresponds to a situation when evapotranspiration prevails over precipitation in the catchment in 0–10% of cases, i.e. in the driest years; the value 1 corresponds to a situation when evapotranspiration prevails over precipitation in the catchment in 91–100% of cases

Pojmem vyschnutí toku je v kontextu této publikace míněno úplné vymizení povrchového průtoku z koryta toku (mohou zbývat pouze izolované tůně bez propojení s povrchovým tokem). Tento jev, zejména pokud nastane na delším úseku toku po delší dobu (dny až měsíce), má dalekosáhlé dopady na ekologický stav toku i chemické vlastnosti vody. Dalším významným negativním důsledkem vyschnutí toku je narušení jeho funkce jako významného krajinného prvku, neboť toky slouží jako biokoridory. To pak vede ke zvýšení fragmentace říční sítě a degradaci jejích funkcí v krajině. Průtoky ve větších tocích jsou i v podmínkách kulturní krajiny do značné míry závislé na vodnosti toků nižších řádů. Posuzujeme­­‑li říční síť v ČR podle délky toků, pak podíl toků I. až IV. řádu činí téměř 92 %. Jejich stav do značné míry odráží stav krajiny jako celku. Znalost konkrétní míry rizika vyschnutí menších toků je důležitá přinejmenším pro management vodního hospodářství, zemědělství a ochrany přírody.

Výzkumem vysychání drobných vodních toků, jeho důsledky pro vodní biotu a možnostmi zpětné (retrospektivní) indikace epizody vyschnutí toku bioindikačními metodami se zabývá tým pracovníků Výzkumného ústavu vodohospodářského T. G. Masaryka, v.v.i., Mendelovy univerzity a firmy WELL Consulting, s. r. o., v projektu podporovaném Technologickou agenturou ČR: Vysychání toků v období klimatické změny: predikce rizika a biologická indikace epizod vyschnutí jako nové metody pro management vodního hospodářství a údržby krajiny (projekt č. TA02020395, akronym BIOSUCHO).

zahradkova-3
Obr. 3. Mapa podílu jílovců v podloží v povodích IV. řádu
Fig. 3. Map of the share of claystone bedrock in the 4th order catchments

Retrospektivní indikace vysychání toků je založena na analýzách makrozoobentosu. Makrozoobentos, čili makroskopičtí bezobratlí živočichové obývající dno vodních biotopů, citlivě reagují na epizody vyschnutí toku. Dochází ke kvalitativním i kvantitativním změnám ve struktuře společenstev, které jsou identifikovatelné při hodnocení standardně odebíraných vzorků makrozoobentosu, a to po dobu nejméně jednoho roku po vyschnutí. Uvedenou metodou byly vyhodnoceny vzorky makrozoobentosu nejen z projektu BIOSUCHO, ale i vhodné vzorky uložené v databázi IS SALAMANDER, vytvořeného v letech 1997 až 2010.

Jedním z cílů projektu BIOSUCHO je také vymezení oblastí, v nichž je zvýšené riziko vysychání drobných vodních toků (DVT). V tomto příspěvku se proto zabýváme kategorizací území ČR podle míry rizika vysychání drobných vodních toků. Kategorizace je provedena na základě abiotických charakteristik povodí, zpracovatelných do vrstev GIS, a výsledků hodnocení makrozoobentosu z obou uvedených zdrojů.

Průtoky v tocích obecně jsou ovlivňovány řadou faktorů se synergickým nebo antagonistickým účinkem. Jedná se o jevy klimatické, které jsou v čase proměnlivé a člověkem minimálně ovlivnitelné, o převážně stabilní charakteristiky geologické a geomorfologické, o složitě hydrogeologicky podmíněné poměry v podzemních vodách a v neposlední řadě o vlivy lidské činnosti, které je možné korigovat (odběry povrchových a podzemních vod, manipulace s průtoky, údržba krajiny, renaturace či revitalizace toků).

zahradkova-4
Obr. 4. Mapa výskytu významných geomorfologických hranic v povodích IV. řádu
Fig. 4. Map of the occurrence of important geomorphological boundaries within 4th order catchments

Vstupní výběr abiotických charakteristik pro tuto studii byl proveden podle výsledků předchozích výzkumů. Z literárních údajů byla převzata informace o tom, že povodí na jílovcích vykazují signifikantně vyšší hodnoty nedostatkových objemů než povodí s jinou litologií [18]. V rámci vlastních předběžných analýz v projektu BIOSUCHO bylo provedeno podrobné hydrogeologické posouzení situace na 87 úsecích toků (lokalitách), z nichž 32 bylo vysychavých a 55 nevysychavých [19]. Jako nejvýznamnější důvod vysychání byl uveden odběr podzemní vody v povodí, zvětšení mocnosti kvartérních náplavových uloženin spojené se změnou spádu toku a výskyt řádově propustnějších vložek hornin v povodí. Jako potenciálně riziková byla na základě této studie hodnocena povodí drobných toků, kterými procházejí hranice mezi geomorfologickými podcelky s poklesem střední výšky terénu větším než 200 m a/nebo změnou sklonu svahů. Pro některé z uvedených charakteristik však bylo problematické získat kompletní a konzistentní údaje pro vrstvy GIS v přiměřené podrobnosti. Pro další hodnocení byla proto jako použitelná dále zpracována charakteristika výskytu významných tektonických linií a vyhodnocen podíl krasových a pseudokrasových jevů jako určitý zástupný ukazatel k propustnosti podloží v povodí. Hranice mezi geomorfologickými jednotkami byly dále zpracovány podrobněji – na úrovni okrsků (viz Metodiku).

zahradkova-5
Obr. 5. Mapa podílu krasů a pseudokrasů v povodích IV. řádu
Fig. 5. Map of the share of the karstic and pseudo­‑karstic areas in the 4th order catchments

Z antropogenních vlivů byl jako dále využitelný vyhodnocen ukazatel typu krajinného pokryvu. Vliv různých typů povrchů na toky z hlediska kvalitativního i kvantitativního byl prokázán [20]. Na průtoky v tocích mají objektivně vliv také nádrže různého typu v jejich povodí, proto byl zařazen také podíl ploch stojatých vod v hodnoceném povodí.

Výstižnost klasifikace území, tedy i výběr jednotlivých mapových vrstev a poté jejich kombinací, byla posuzována pomocí informací o reálném vyschnutí toků (pozorování anebo měření v terénu) a podle výsledků hodnocení biologických vzorků nově vyvinutou metodou retrospektivní indikace vyschnutí toku podle makrozoobentosu [21].

Cílem studie tedy byla kategorizace území ČR z hlediska rizika vysychání drobných vodních toků v podobě mapy v měřítku 1 : 200 000. Dílčími cíli bylo: (i) posouzení významnosti abiotických charakteristik územních jednotek na úrovni povodí IV. řádu z hlediska rizika vysychání drobných vodních toků, a to na základě informací získaných přímými (pozorování, měření) i nepřímými (retrospektivní bioindikace) metodami a (ii) konstrukce mapy rizika na základě kombinace vybraných vrstev, tj. kategorizace území. Kategorizace území bude od r. 2016 k dispozici v portálu Hydroekologického informačního systému HEIS (www.heisvuv.cz).

Metodika

Zdroje dat

Za drobné vodní toky pro účel této studie považujeme toky od I. do IV. řádu podle Strahlera. Rámcově se toto vymezení shoduje s pojetím drobných vodních toků, které byly v gesci bývalé ZVHS. Data použitá pro konstrukci map lze rozdělit na informace o živé složce – makrozoobentosu (data biotická) a na informace o abiotických charakteristikách. Vzorky makrozoobentosu, odebírané pomocí ruční sítě v jarní a podzimní sezoně semikvantitativní metodou PERLA [22], pocházely ze sledování modelových lokalit v projektu BIOSUCHO (celkem 23 lokalit, sledované období 2012–2014, celkový počet vzorků 110). Dalším zdrojem dat byla databáze IS SALAMANDER, která obsahuje údaje o odběrech makrozoobentosu na 900 lokalitách, a to jak antropogenně ovlivněných, tak v přírodě blízkém stavu, na kterých bylo provedeno téměř 5 000 odběrů. Data z tohoto zdroje byla pro analýzy, jejichž výsledky jsou prezentované v tomto článku, očištěna od údajů z lokalit vykazujících známky organického znečištění (hodnoceno přednostně podle hodnot saprobního indexu, rutinně užívané bioindikační metody [23]) s ohledem na velikost toku na hranici oligo- a beta­‑mezosaprobity, resp. středu beta­‑mezosaprobity. Dále byly vyřazeny lokality, na nichž byly zjištěny nízké hodnoty pH (s výskytem minimálních hodnot < 6, nebo mediánových hodnot < 7). Vzorky makrozoobentosu z takto ovlivněných lokalit mohou vykazovat změny podobné těm, které jsou vyvolány vysycháním, a to by vedlo k chybným výsledkům prováděných analýz. Do dalšího hodnocení byly zařazeny lokality sledované nejméně jeden rok v jarním a podzimním aspektu v případě minimálně antropogenně ovlivněných toků, což byly lokality systému PERLA, tzv. referenční [24], které byly téměř výlučně nevysychající. V případě dat z takzvaného standardního monitoringu ZVHS, mezi nimiž byly ponechány i toky s ovlivněným hydrologickým režimem nebo s úpravami koryt, byly hodnoceny lokality sledované minimálně dva roky. Z uvedených zdrojů pocházela také část dat abiotických, vztahujících se k lokalitám a vzorkům, další údaje pocházely z vrstev geografických informačních systémů (GIS), jejichž původ je popsán níže.

zahradkova-6
Obr. 6. Mapa výskytu významných geologických poruch a zlomů v povodích IV. řádu
Fig. 6. Map of the occurrence of important geological faults in the 4th order catchments

Klasifikace lokalit

Jednotlivé vzorky byly vyhodnoceny metodou rektrospektivní bioindikace [21] do tří tříd:

INT – intermitentní (intermittent) – vysychající řádově na týdny na úseku toku delším než 1 km;

VUL – zranitelné (vulnerable) – vysychající nepravidelně, řádově na stovkách metrů pouze na několik dní;

PER – permanentní (permanent) – trvale tekoucí.

Hodnocení vzorků na základě analýzy makrozoobentosu podle uvedené metodiky bylo převedeno na klasifikaci lokalit následujícím způsobem: jako INT byla vyhodnocena lokalita v případě dvou a více vzorků makrozoobentosu hodnocených jako INT, nebo jednoho vzorku INT a jednoho či více vzorků hodnocených jako VUL. Jako VUL byla lokalita hodnocena v případě výskytu nejméně dvou vzorků hodnocených jako VUL, výjimečně také při kombinaci vzorků PER a jednoho vzorku INT. V případě poměru výsledků VUL : PER = 1 : 3 a vyšším ve prospěch PER byla lokalita hodnocena jako PER. Pokud nebylo možné vzorek odebrat z důvodu vyschnutí, byla daná sezona hodnocena jako INT.

Kategorizace území

Územní jednotky pro hodnocení

Kategorizace území byla provedena na úrovni hydrologického povodí IV. řádu, tedy detailních plošek povodí (http://www.dibavod.cz/data/text_charakteristiky_toku.pdf). Pokud je v textu použit pojem „povodí“ bez dalšího upřesnění (povodí Odry, povodí nad lokalitou apod.), jsou vždy míněna povodí IV. řádu. Vyšší úrovní pro hodnocení byly útvary povrchových vod (http://heis.vuv.cz/data/spusteni/identchk.asp?typ=96 & oblast=isvs_utv), tj. významné územní celky pro vodohospodářský management, které je možné agregovat do dalších vyšších jednotek.

zahradkova-7
Obr. 7. Mapa podílu nepříznivého druhu povrchu (typ 2) v povodích IV. řádu; prezentován je podíl nejvíce ovlivněných ploch (CORINE: orná půda, urbanizovaná území a komplexní systémy kultur a parcel)
Fig. 7. Map of the share of adverse type of land cover (artificial areas, arable land, complex cultivation patterns after CORINE) in the 4th order catchments

Vrstvy GIS testované pro konstrukci mapy rizika vysychání drobných vodních toků

Na základě výsledků předběžných výzkumů bylo pro hodnocení připraveno sedm níže uvedených vrstev GIS. První z nich je mapa deficitu srážek, která vymezuje oblasti, v nichž převládá výpar nad srážkami. Mapa byla konstruována na základě dat ze 131 bodů pravidelné čtvercové sítě o velikosti gridu 25 × 25 km. Pro výpočet byly použity časové řady teplot vzduchu a úhrnů srážek z období let 1961–2011 (které poskytl Český hydrometeorologický ústav – data byla odvozena v rámci projektu s názvem Zpřesnění dosavadních odhadů dopadů klimatické změny v sektorech vodního hospodářství, zemědělství a lesnictví a návrhy adaptačních opatření [25] (metodika odvození gridových dat je popsána v Štěpánkovi a kol. [26], chybějící novější data pak dopočítána). Z časových řad teplot vzduchu byla pro každý den vypočtena evapotranspirace podle vztahu Oudina [27]. Z časových řad evapotranspirace a srážek byl pro každý bod gridové sítě 25 × 25 km stanoven deficit srážek (úhrn srážek, který chybí v daném bodě k rovnováze mezi výparem a srážkami) podle vzorce:

zahradkova-vzorec-1

kde Rd je rozdíl mezi vypočtenými hodnotami evapotranspirace a úhrnů srážek za jeden den v mm, EPd je vypočtená hodnota evapotranspirace pro konkrétní den a SRAd je denní úhrn srážek v mm. Pro každý gridový bod byly z rozdílu úhrnů srážek a evapotranspirace vypočteny kvantily rozdílů úhrnů srážek a evapotranspirace po 10 %. Pro tyto kvantily byly pomocí plošné interpolace (užívající interpolační metody IDW a digitálního modelu reliéfu) vytvořeny mapy znázorňující oblasti, v nichž u daného kvantilu převládá evapotranspirace nad srážkami.

Hodnoty kvantilů byly převedeny do škály 0–1, přičemž 0 znamená minimální rizikovost z hlediska vysychání DVT.

Jako další vhodné vrstvy pro doplnění klimatického modelu deficitu srážek byly pro tvorbu výsledné mapy rizika vysychání DVT vybrány nebo vytvořeny de novo níže uvedené vrstvy pro GIS a převedeny na škálu o rozsahu 0–1.

Vrstvy přírodních podmínek

Výskyt hornin s obsahem jílovců v povodí (http://www.geology.cz/extranet/mapy) (0 = žádné jílovce v podloží, 1 = 100 % jílovců v podloží).

Výskyt významných hranic mezi geomorfologickými okrsky [28] v povodí. Postup odvození: linie je hranice mezi geomorfologickými okrsky X a Y; absolutní hodnota rozdílu průměrné nadmořské výšky X a průměrné nadmořské výšky Y dělená stem je koeficient nadmořské výšky; absolutní hodnota rozdílu průměrného sklonu svahu X a průměrného sklonu svahu Y dělená dvěma je koeficient sklonu svahu; součtem těchto dvou koeficientů je dán celkový koeficient výšky a sklonu pro každou hraniční linii. Každému povodí je přiřazena hodnota vypočtená jako délka všech linií (hranic mezi geomorfologickými okrsky) procházejících povodím, přičemž délka každé linie byla vynásobena svým koeficientem. Převod na škálu 0–1 byl odvozen od maximální hodnoty zjištěné pro ČR.

zahradkova-8
Obr. 8. Mapa podílu ploch vybraných stojatých vod v povodích IV. řádu; do stojatých vod nejsou zahrnuty velké vodní nádrže (se základním objemem větším než 2 mil. m2), z menších nádrží jsou zařazeny nádrže s rekreačním, závlahovým a rybochovným účelem, včetně rybníků
Fig. 8. Map of the share of stagnant water surfaces in the 4th order catchments; large reservoirs (with a basic capacity of more than 2 mil. cubic meters) are not included in the calculation; smaller reservoirs are included only if they serve for recreation, irrigation or fish farming, while fish­‑ponds are included all

Výskyt oblasti krasů a pseudokrasů, podchycující oblasti s krasovým typem propustnosti, a tedy specifickým hydrologickým režimem; mapa byla založena na informacích AOPK (http://jeso.nature.cz/) [29], (0 = žádné krasy či pseudokrasy, 1 = 100 % plochy povodí tvořeno krasy nebo pseudokrasy).

Výskyt významných tektonických jevů – poruch, zlomů v povodí (http://www.geology.cz/extranet/mapy) byl hodnocen pro jednotlivá povodí IV. řádu podle geologické mapy GeoČR 500 tak, že bylo individuálně posuzováno, zda jde o jev, který může mít zřetelný vliv na vodní režim toku, nebo tento vliv není pravděpodobný (např. krátký zlom ležící v okrajové části povodí nebyl dále zvažován), výsledkem je binární hodnocení (0/1).

Vrstvy antropogenních vlivů

Typ krajinného pokryvu (landuse): jednotky definované podle manuálu (http://www.eea.europa.eu/publications/tech40add) byly expertně spojeny do tří skupin z hlediska jejich očekávaného vlivu na průtoky hodnocených toků Hodnocen byl podíl typu 2 (0 = absence v povodí, 1 = 100 % v povodí) s ohledem na minoritní podíl typu 1 a z toho plynoucí komplementarity typů 0 a 2:

  • typ 0 – žádný nebo nepatrný negativní vliv: třída 4 (humidní území),
    část třídy 3 – 3.1, 3.2, 321, 322, 324, tj. převážně lesy a křoviny);
  • typ 1 – mírně negativní nebo nevyhraněný typ – části tříd 2
    (2.2, 2.3, 221, 222, 231, 241, 243 a 3.3 mimo výše uvedené v typu 0);
  • typ 2 – zřetelně negativní vliv (třída 1 – urbanizovaná území,
    část třídy 2 – orná půda (2.1) a komplexní systémy kultur a parcel (242).

Podíl plochy stojatých vod v povodí: hodnoceno na základě dat z databáze DIBAVOD [30] (www.dibavod.cz). Vyloučeny byly všechny nádrže označené jako vodní nádrže (v. n.) se základním objemem větším než 2 000 000 m3 (což je jeden z důležitých parametrů pro definici tzv. malé vodní nádrže podle ČSN 75 2410 [31]), z vodních nádrží pod tímto limitem pak byly vyloučeny i další, pokud neměly účel rybochovný, rekreační anebo závlahový. Nádrže označené jako rybník byly vždy ponechány. Cílem bylo, aby ukazatel v maximální možné míře postihoval vliv rybníků, resp. malých vodních nádrží. Hodnota 0 = povodí bez hodnocených nádrží, 0,001 = 0,1 % plochy povodí tvoří stojaté vody; tedy v povodí o 100 km2 se nachází 10 hektarů vodních ploch.

zahradkova-9
Obr. 9. Klasifikace lokalit PER (toky stále tekoucí), VUL (toky vysychající nepravidelně) a INT (toky vysychající pravidelně) pomocí abiotických charakteristik metodou klasifikačního stromu; N = počet hodnocených lokalit, R_0 nízké riziko vysychání, R_1 střední riziko vysychání, R_2 velké riziko vysychání
Fig. 9. The classification of sites as predicted by the classification tree; site’s classification PER, VUL, INT was predicted using abiotic characteristics; PER (permanent) – sites with a constant flow, VUL (vulnerable) – sites with irregular drying up, INT (intermittent) – sites with regular drying up, N = number of evaluated sites, R_0 low risk of drying up, R_1 medium risk of drying up, R_2 high risk of drying up

Pro většinu lokalit (314) bylo možno na základě údajů z terénních protokolů, fotografické dokumentace a mapových podkladů odvodit zjednodušené hodnocení míry ovlivnění morfologie toku. Tato charakteristika byla použita pro doplňkové hodnocení, protože není zpracovatelná v podobě vrstvy GIS. Byly stanoveny tři typy:

  • typ 0 – žádné nebo nepatrné negativní ovlivnění (přirozené koryto i břeh, nanejvýše staré směrové úpravy a fixace břehů stromy);
  • typ 1 – středně negativní ovlivnění (napřímené toky, obvykle s pomístně opevněnými břehy, s břehovými porosty stromů a keřů);
  • typ 2 – zřetelné negativní ovlivnění (napřímené toky s opevněnými břehy a často i dnem, bez souvislých břehových porostů.

Výběr a kategorizace abiotických charakteristik území pro konstrukci mapy rizika vysychání

Byly vybírány abiotické charakteristiky povodí podchytitelné ve vrstvách GIS, jejichž kombinace nejlépe rozlišovaly územní jednotky z hlediska výskytu lokalit typu PER, VUL a INT a na jejichž základě lze území ČR klasifikovat podle rizika vysychání drobných vodních toků do tří kategorií: riziko malé (R_0), střední (R_1) a velké (R_2).

Výběr charakteristik a identifikace jejich hraničních hodnot pro jednotlivé úrovně dělení byl proveden pomocí metody klasifikačních stromů v programu Statistica for Windows 12 [32]. Do analýzy vstupovalo sedm výše uvedených abiotických charakteristik (mimo hodnocení změn morfologie toků) a 332 lokalit neovlivněných znečištěním nebo nízkými hodnotami pH, z toho bylo 187 lokalit vyhodnoceno jako PER, 86 jako VUL a 59 jako INT.

Tabulka 1. Základní charakteristiky 332 lokalit použitých pro analýzy vedoucí ke kategorizaci území ČR z hlediska rizika vysychání drobných vodních toků
Table 1. The basic characteristics of the 332 sites that were used in the analyses resulting in the categorization of the area of the Czech Republic in terms of the risk
of drying up of small streams
zahradkova-tabulka-1

V analýze byla nastavena krosvalidace a bylo penalizováno chybné přiřazení lokalit hodnocených podle bioindikační metody jako VUL a INT k lokalitám PER (tzv. misclassification cost byla zvýšena na dvojnásobek a čtyřnásobek). Byl také nastaven dotaz na existenci alternativních charakteristik (surrogates) pro jednotlivé úrovně dělení. Úroveň klasifikačního stromu, tedy podrobnost dělení, byla vybrána podle označení optimálního stromu ve výsledku analýzy. Výsledky byly hodnoceny podle podílu lokalit jednotlivých typů (PER, VUL, INT) správně zařazených do příslušných skupin a celkové vysvětlené variability v datech. Koncové uzly klasifikace byly analýzou označeny podle nejpočetněji zastoupeného typu lokality. Průkaznost rozdílů v rozložení hodnot charakteristik mezi skupinami lokalit byla testována pomocí Kruskal­‑Wallisova testu.

Odvození stupně rizikovosti povodí IV. řádu z hlediska vysychání drobných vodních toků

Jednotlivá povodí IV. řádu byla kategorizována pomocí kombinace abiotických charakteristik a jejich hraničních hodnot ve výsledném klasifikačním stromu v dané hierarchii. Bylo tedy postupováno po jednotlivých větvích stromu podle hraničních hodnot a povodí bylo zařazeno do kategorie rizika podle převažujícího typu lokalit v koncovém uzlu (R_0 pro převažující PER, R_1 pro převažující VUL a R_2 pro převažující INT). Výsledná kategorizace území byla zobrazena v mapě na úrovni povodí IV. řádu. Byla též vyhodnocena celková homogenita jednotlivých vodních útvarů (vymezených pro ČR pro plánování v oblasti vod) z hlediska zastoupení tří vyhodnocených typů rizika vysychání DVT pro každý útvar.

Výsledky

Klasifikace lokalit

Celkem bylo na základě analýz 1 368 vzorků makrozoobentosu hodnoceno 332 lokalit. Rozmístění lokalit s odběrem makrozoobentosu je na obr. 1 a jejich základní charakteristiky v tabulce 1. Hodnocené lokality jsou rozmístěny víceméně rovnoměrně po území celého státu s výjimkou oblastí nejníže položených, kde byla značná část lokalit z výchozího souboru IS SALAMANDER vyloučena pro účely zde prezentovaného hodnocení kvůli znečištění. Pomocí bioindikační metody bylo vyhodnoceno 187 lokalit jako PER (56,3 %), 86 jako VUL (25,9 %) a 59 jako INT (17,8 %). Hodnoceny byly lokality na tocích I. až V. řádu podle Strahlera, naprostou většinou však II. až IV. řádu. Podíl lokalit INT na tocích I. až III. řádu se pohyboval kolem 20 % (18 až 23 %), na tocích IV. řádu pak méně (12 %).

Byly porovnávány skupiny lokalit vyhraněných vůči fenoménu vysychavosti – INT a PER (Kruskal­‑Wallis test); nebyly zjištěny průkazné rozdíly v hodnotách řádu toku, plochy povodí nad lokalitou, stejně ani u výskytu tektonických poruch v povodí, výskytu krasů či pseudokrasů v povodí nebo významných geomorfologických hranic. Průkazný rozdíl mezi těmito skupinami lokalit naopak byl zjištěn pro ukazatele deficitu srážek (H = 45,33; p = 0,000) – větší deficit u INT, podílu jílovců (H = 27,33; p = 0,000) – větší podíl u INT, typu krajinného pokryvu 2 (H = 56,33; p = 0,000) – větší podíl u INT a podílu plochy stojatých vod v povodí IV. řádu (H = 14,66; p = 0,000) – větší podíl u INT. Morfologický stav lokalit INT byl prokazatelně horší než lokalit PER (H = 66,19; p = 0,000).

V případě 36 lokalit byla doložena epizoda vyschnutí přímo pozorováním a/nebo měřením průtoku v průběhu terénních prací. Z těchto lokalit bylo hodnoceno pomocí bioindikační metody 47,2 % jako INT, 50 % jako VUL a 2,8 % (tedy pouze jedna lokalita) jako PER. Vyplývá z toho, že použitá metoda retrospektivní bioindikace vysychání toku na základě makrozoobentosu měla ve srovnání s reálným výskytem vyschnutí vysokou úspěšnost detekce vyschnutí.

Abiotické charakteristiky pro kategorizaci území

Kategorizace území byly zpracovány a hodnoceny na úrovni povodí IV. řádu. Pro porovnání rozložení charakteristiky pro celou republiku a v hodnoceném souboru lokalit je u výsledků každé charakteristiky nejprve komentován stav pro celou ČR a vzápětí pouze pro povodí IV. řádu, v nichž se nalézají hodnocené lokality.

Pro potřeby kategorizace ČR z hlediska ohrožení deficitem srážek byla vytvořena mapa, na níž je území rozděleno podle deficitu srážek (převládající evapotranspirace nad srážkami vyjádřené pomocí jednotlivých kvantilů) do deseti kategorií podle četnosti jednotlivých let, v nichž převládá evapotranspirace nad srážkami. Na obr. 2 je zobrazena výsledná kategorizace území, kde oblast tmavě červená (0,9 až 1,0) představuje území, kde ve více než 90 % jednotlivých let hodnoceného období 1961–2011 převládala evapotranspirace nad srážkami, naopak v oblastech s tmavě zelenou barvou (0–0,1) buď převládají srážky ve všech letech, popř. evapotranspirace převládá nad srážkami maximálně do 10 % případů, tzn. jen v nejsušších letech.

V rámci ČR náležela zhruba třetina (35 %) z celkového počtu povodí IV. řádu do oblasti s nejpříznivějšími klimatickými podmínkami (< 0,2). Do oblastí, kde jsou častější roky s převažující evapotranspirací (> 0,5), spadala také třetina (33 %) hodnocených povodí. Hodnocené lokality se v povodích s nejpříznivějšími klimatickými podmínkami (< 0,2) vyskytovaly ve 47 % případů, poněkud méně se vyskytovaly v povodích s vyšším deficitem srážek (23 %).

Výskyt jílovců v podloží je geograficky vymezen, vyskytují se především v povodí Labe v oblasti České tabule a jihočeských pánví (obr. 3). Nevyskytují se v 72 % povodí v ČR, ve 14 % je pak jejich podíl nadpoloviční. Pro hodnocené lokality byl nadpoloviční podíl jílovců zjištěn ve 20 % povodí a zhruba dvě třetiny z nich (67,5 %) přítomnost jílovců nevykazují, což se blíží situaci v celé ČR.

Výskyt významných hranic mezi geomorfologickými okrsky v povodí (obr. 4) nebyl zjištěn ve více než čtvrtině povodí IV. řádu (29 %), v další čtvrtině (26 %) povodí byla zjištěna hodnota větší než 0,25. Mimořádně vysoké hodnoty (> 0,50) se týkaly necelých 2 % povodí. Pro hodnocené lokality bylo v uvedených kategoriích zjištěno zastoupení 17 %, 41 % a 8 %, lokality se tedy častěji vyskytovaly v povodích s vyššími hodnotami této charakteristiky, než odpovídalo rozložení v rámci republiky.

zahradkova-10
Obr. 10. Mapa podílu nepříznivého druhu povrchu kategorie 2 v povodích IV. řádu; zobrazuje hodnoty hraniční pro kategorizaci území (obr. 9)
Fig. 10. Map of the share of adverse type of land cover (artificial areas, arable land, complex cultivation patterns after CORINE) in the 4th order catchments; borderline values used in the classification tree are displayed (fig. 9)

Výskyt krasových a pseudokrasových oblastí (obr. 5) nebyl zjištěn u 69 % povodí IV. řádu v ČR, nadpoloviční podíl se vyskytoval u 18 % povodí v různých částech republiky. Hodnocené lokality se vyskytují v povodích bez krasových nebo pseudokrasových jevů v 59 % případů, nadpoloviční podíl byl zjištěn v 15 % případů, zastoupení je tedy přibližně srovnatelné se situací v ČR.

Výskyt významných tektonických jevů (poruch, zlomů v povodí) byl na území ČR detekován ve třetině povodí (34,6 %), více v povodí Moravy a Odry, zejména v oblasti Jeseníků a Beskyd (obr. 6). Tyto jevy byly zjištěny v povodích hodnocených lokalit ve 49 % případů, tedy častěji než odpovídalo situaci na celém území ČR.

Typ nepříznivého krajinného pokryvu (2) se podle očekávání vyskytoval v ČR především v oblastech nížin (obr. 7). Nadpoloviční podíl tohoto typu byl zjištěn pro 45 % povodí IV. řádu a 34 % povodí hodnocených lokalit. Důvodem nižšího zastoupení hodnocených lokalit v povodích s méně příznivým krajinným pokryvem bylo to, že lokality zde se vyskytující nebyly vhodné pro zařazení do analyzovaného souboru kvůli svému znečištění.

Z hlediska podílu ploch uvažovaných stojatých vod (obr. 8), tedy zejména malých vodních nádrží včetně rybníků, bylo zjištěno, že se v ČR nevyskytují v 19,2 % povodí IV. řádu (týká se většinou horských oblastí). V necelé třetině (30 %) povodí tvoří stojaté vody maximálně 0,001 % plochy. Zhruba 14 % povodí má zastoupení ploch stojatých vod vyšší než 0,01 %. Hodnocené lokality se ve 20 % případů nacházely v povodích bez uvažovaných stojatých vod, častěji (40 % případů) byly v povodích s jejich podílem do 0,001 %, málo (7,5 %) byly zastoupené v kategorii nejvyšší, kde podíl ploch stojatých vod je větší než 0,01 %.

Klasifikace lokalit jako podklad pro kategorizaci území ČR

Lokality zatříděné do kategorií INT, VUL a PER byly vyhodnoceny pomocí klasifikačního stromu na základě vybraných charakteristik prostředí. Koncové uzly klasifikace pak byly označeny podle převažujícího typu zařazených lokalit: malé riziko vysychání R_0 pro lokality PER, střední riziko R_1 pro lokality VUL a velké riziko R_2 pro lokality INT). Výsledný klasifikační strom viz obr. 9.

Poměr správně klasifikovaných lokalit byl v případě lokalit na obou pólech gradientu vysychavosti (tj. PER a INT) poměrně vysoký (81 % lokalit PER a 78 % lokalit INT). Lokality k vysychání vyhraněné méně (VUL) se však do příslušné kategorie řadily pouze v 38 % případů. Menší přesnost hodnocení lokalit typu VUL pak ovlivnila nižší procento celkové vysvětlené variability v datech (62,8 %). Nižší spolehlivost klasifikace u střední kategorie je vcelku logická, neboť se jedná o přechodný typ mezi dvěma extrémy (permanentní a intermitentní toky), který se v různých sezonách může chovat rozdílně v závislosti na klimatických poměrech.

Při výsledné klasifikaci se uplatnily následující charakteristiky povodí: krajinný pokryv, deficit srážek, podíl stojatých vod, podíl jílovců a výskyt významné geomorfologické hranice. Dvě z charakteristik vstupujících do analýzy (podíl krasů a pseudokrasů a výskyt významných tektonických poruch) vykazovaly nízkou importanci a ve výsledné klasifikaci se neprojevily jako proměnné vysvětlující výraznou část variability. Rozložení charakteristik na území ČR podle hraničních hodnot klasifikace je zřejmé z obr. 10–14.

Hlavní charakteristikou prostředí (na úrovni základního dělení), za kterou nebyla v analýze uvedena zástupná charakteristika, byl typ krajinného pokryvu, respektive podíl námi definované kategorie 2 v povodí IV. řádu.

Pokud podíl půdního pokryvu typu 2 (s dominantním podílem orné půdy) nebyl výrazněji převažující (≤ 0,568, obr. 10, tj. levá strana stromu), jevil se jako významná charakteristika povodí deficit srážek (hraniční hodnota 0,195), přičemž alternativou pro deficit srážek je podíl typu 2 krajinného pokryvu s hraniční hodnotou 0,220. Náleží­­‑li povodí do této klimaticky nejpříznivější oblasti
(≤ 0,195, obr. 11), naprosto převažují lokality PER (121 ze 142 v tomto koncovém uzlu č. 1). Znamená to, že dvě třetiny všech lokalit vyhodnocených jako PER jsou zařazeny do této větve klasifikace, převážně se jedná o lokality ve vyšších polohách (cf. obr. 1). Koncový uzel č. 1 reprezentuje malé riziko R_0. Do této skupiny však byly zařazeny také některé lokality INT se specifickým charakterem, například potok Obloučník (přítok Vidnávky) poblíž obce Vápenná v Jeseníkách, který leží v krasovém území, ovlivňujícím jeho hydrologický režim.

Pro levou stranu stromu dále platí, že v povodích, jež spadají do oblastí, v nichž byl deficit srážek již častější (> 0,195), jevil se významným podíl jílovců v podloží (obr. 12). Pokud tento přesahoval hodnotu 0,610, v koncovém uzlu č. 2 převažovaly lokality INT (11 ze 17) a riziko je hodnoceno jako velké (R_2). Příkladem může být Očihovecký potok (přítok Blšanky) u obce Strojetice na Rakovnicku. Pokud byl deficit srážek častější (> 0,195), ale podíl jílovců nižší (≤ 0,610), oddělilo se několik lokalit v povodích s významnou geomorfologickou hranicí (> 0,470, obr. 13) do koncového uzlu č. 3, který reprezentoval velké riziko (R_2). Do tohoto uzlu náleží např. lokalita na potoce Rakovec poblíž obce Bukovinka na pomezí Moravského krasu a Drahanské vrchoviny, na níž vysychá úsek v délce několika km právě v oblasti této hranice.

Ve zbývající části této levé větve klasifikačního stromu zůstává 79 lokalit, které se pak dělí podle deficitu srážek (hraniční hodnota 0,450) na téměř stejně početné části (41 a 38 lokalit), přičemž v oblastech s nižšími srážkovými deficity převažují lokality PER a tento uzel č. 4 reprezentuje malé riziko (R_0). Příkladem mohou být např. permanentní toky Ohrozima poblíž obce Hrabyně v povodí Opavy nebo Pašínovický potok nad obcí Pašínovice v povodí Stropnice, oba v zalesněných povodích bez nádrží. Uzel č. 5 s vyššími deficity srážek a s vyšším počtem lokalit VUL pak představuje riziko střední (R_1). Do této skupiny lokalit patří např. Podhrázský potok u obce Zdemyslice (přítok Úslavy), v jehož povodí je nadpoloviční podíl nepříznivého krajinného pokryvu (0,560), což je hodnota, která se blíží hodnotě základního dělení.

zahradkova-11
Obr. 11. Mapa deficitu srážek v povodích IV. řádu; zobrazuje hodnoty hraniční pro kategorizaci území (obr. 9)
Fig. 11. Map of the rainfall deficit; for explanation see fig. 2.; borderline values used in the classification tree are displayed (fig. 9)

Na pravé straně základního dělení klasifikačního stromu v povodí IV. řádu převažovala (> 0,568) v ploše povodí orná půda, popřípadě urbanizované území anebo komplexní systémy pozemků a parcel. V koncových uzlech této pravé strany stromu se nacházely větve s převahou lokalit typu VUL a INT. Další charakteristikou v této větvi dělení byl podíl ploch stojatých vod v povodí (obr. 14). Pokud byl podíl těchto ploch menší než 0,001 (uzel č. 6), převažovaly lokality VUL a uzel reprezentoval riziko střední (R_1), příkladem může být lokalita na Sloupnickém potoce (přítok Loučné) pod obcí Tisová. V tomto případě se jedná o větší tok a ve vyšších částech jeho povodí je rybniční soustava.

Pokud byl podíl ploch stojatých vod v povodí vyšší (≥ 0,001, tedy 1 ‰), byla již polovina lokalit (31 z 61) řazených do tohoto koncového uzlu č. 7 označena jako INT, lokalit VUL bylo 18. Tento koncový uzel reprezentoval riziko velké (R_2). Nepatřily sem však pouze lokality v povodích v nížinách a s velkým deficitem srážek, jak by se dalo předpokládat, ale i lokality na tocích v nadmořských výškách blížících se 500 m n. m., v oblastech chladnějších a bez výrazných srážkových deficitů, jako je např. Doberský potok (přítok Sázavy) u Přibyslavi.

Kategorizace území ČR podle rizika vysychání drobných vodních toků

Kategorizace území byla provedena pro 8 286 povodí IV. řádu (celá ČR) postupem uvedeným v metodice. Bylo tedy postupováno po jednotlivých větvích klasifikačního stromu a podle kombinací hraničních hodnot charakteristik prostředí bylo každé povodí zařazeno do kategorie rizika stanoveného pro koncový uzel klasifikace. Riziko bylo odvozeno podle převažujícího typu lokalit (R_0 pro PER, R_1 pro VUL a R_2 pro INT).

Výsledná klasifikace území je zobrazena v mapě na úrovni povodí IV. řádu (obr. 15). Podle této kategorizace je 44,5 % z celkového počtu povodí IV. řádu hodnoceno jako území s malým rizikem vysychání DVT (R_0), pro 29,4 % povodí bylo stanoveno riziko střední (R_1). Zbývajících 26,1 % je pak označeno jako území s rizikem velkým (R_2). Z hlediska plochy to pak představuje 45,3 %, 23,3 % a 31,3 % rozlohy ČR.

Byla též vyhodnocena homogenita vodních útvarů povrchových vod tekoucích z hlediska rizika vysychání DVT. Přibližně polovina (53,4 %) vodních útvarů má jednoznačné zařazení do kategorie rizika, je však třeba uvést, že téměř třetina vodních útvarů je tvořena jen jedním povodím IV. řádu. Z těchto jednoznačně kategorizovaných vodních útvarů bylo 42,9 % z celkového počtu vodních útvarů v kategorii R_0, 7 % v R_1 a 3,5 % v R_2. Zbývající útvary pak byly tvořeny povodími, klasifikovanými do dvou nebo do všech tří kategorií rizika (cca 28 % a 18 %).

Diskuse

Kategorizace území ČR byla založena na analýze vstupního souboru dat o biotické složce toků – makrozoobentosu. Tato skupina organismů je považována za vhodnou pro indikaci různých typů vlivů v tocích [1, 33]. Nově vyvinutá metoda retrospektivní indikace vykazovala při použití na souboru dat z projektu BIOSUCHO spolehlivost téměř 90 % správné klasifikace při zařazení vzorků do kategorií permanentní (PER) nebo vysychavý (INT) tok. Při zařazení do přechodné kategorie vysycháním zranitelný tok (VUL) pak cca 70 % [34], přičemž u všech hodnocených odběrů bylo možné ověřit rozsah a trvání epizody vyschnutí exaktně měřenými daty z terénu. Spolehlivost detekce vyschnutí toků pomocí této bioindikační metody je tedy vysoká.

Soubor dat z IS SALAMANDER nebyl původně určen pro hodnocení frekvence vysychání a přesně změřená a soustavná data o délce trvání a rozsahu vyschnutí nejsou pro tuto databázi k dispozici. Nicméně se jedná o unikátní soubor výsledků analýz, měření a pozorování na velkém počtu lokalit v období druhé poloviny 90. let 20. století (v případě většiny minimálně ovlivněných lokalit) a s převážně víceletým sledováním dalších lokalit během první dekády tohoto století. Jedná se tedy o období, kdy se již začaly výrazněji projevovat klimatické změny. Hodnocení vzorků makrozoobentosu z odběrů provedených ZVHS bylo možno ověřovat pomocí srovnání se záznamy o reálném průtoku od vzorkařů, kteří většinu lokalit navštěvovali v měsíčních intervalech. Pozorované epizody vyschnutí tedy nemusely být zaznamenány vždy, pokud šlo o epizody kratší než měsíc, tedy v případě vzorků, které poté byly pravděpodobně vyhodnoceny jako VUL. Detekce kratších epizod vyschnutí pomocí bioindikace je také poněkud obtížnější, proto byl převod hodnocení jednotlivých vzorků na hodnocení lokalit nastaven s určitou obezřetností ve smyslu eliminace falešně pozitivních výsledků (tj. indikace vyschnutí, které však ve skutečnosti nenastalo). Jako VUL byla lokalita hodnocena, jestliže tento stav byl detekován nejméně u dvou vzorků (tj. sezon) za období sledování (popř. byl jednorázově zjištěn stav INT a ostatní vzorky byly hodnoceny jako PER). Lze tedy předpokládat, že pokud už byla lokalita klasifikována jako VUL, k určité, byť kratší epizodě vyschnutí na ní došlo. Při analýze v klasifikačním stromu bylo na druhou stranu penalizováno chybné zařazení lokalit INT i VUL: jestliže již byla lokalita označena jako více či méně vysychavá, neměla by být řazena do koncových uzlů klasifikace, reprezentujících malé riziko (R_0) ve smyslu falešně negativního výsledku. Tato dvě opatření měla vést k objektivizaci výsledné kategorizace území z hlediska rizika vysychání.

Podle výsledků navržené kategorizace je téměř na polovině území ČR (45,3 %) riziko vysychání toků malé a na čtvrtině střední (23,3 %). Pro téměř třetinu území (31,3 %) je však riziko odhadováno jako velké. Míra rizika daného území jednoznačně souvisí s podílem nepříznivého typu krajinného pokryvu 2, většinově reprezentovaném podílem orné půdy. Podíl orné půdy v ČR souvisí s klimatickými podmínkami a ty zase s nadmořskou výškou. Není tedy překvapivé, že malé riziko vysychání toků je převážně v územích nad hranicí 500 m n. m. Typ krajinného pokryvu 2 souvisí také s morfologickým stavem toků – v zemědělsky intenzivně využívaných i v urbanizovaných oblastech je napřimování a i opevňování toků mnohem častější než v ostatních územích. V hodnoceném souboru byl podíl významně morfologicky ovlivněných toků v oblastech s nižším podílem krajinného pokryvu typu 2 (≤ 0,568, cf. obr. 9) jen 3,3 %, zatímco v oblastech s jeho vyšším podílem to bylo 27 %. Vliv regulace toků na zvýšení náchylnosti toků k vysychání je mnohokrát doložen [1] a je již všeobecně akceptován [9].

Vliv klimatických jevů na riziko vysychání je zřejmý – výskyt a množství srážek a míra evapotranspirace jsou standardně užívány při hodnocení sucha za použití různých metod [2]. Námi zvolený přístup odvození mapy deficitu srážek má výhodu v tom, že bude možné (i) mapu jednoduše aktualizovat na základě novějších dat z řad údajů v gridové síti a (ii) nastavovat míru podrobnosti kategorizace.

zahradkova-12
Obr. 12. Mapa podílu jílovců v podloží v povodích IV. řádu; zobrazuje hodnoty hraniční pro kategorizaci území (obr. 9)
Fig. 12. Map of the share of claystone bedrock in the 4th order catchments; borderline values used in the classification tree are displayed (fig. 9)

Vztah průtoků včetně nulových k dalším charakteristikám prostředí je již komplikovanější. Při hodnocení nedostatkových průtoků na základě dat z hydrologických stanic [18] autoři citované studie nenalezli, s výjimkou vazby k podílu jílovců v podloží, průkaznou vazbu ke sledovaným charakteristikám prostředí (krajinný pokryv, další typy podloží). Možným důvodem je to, že hodnoceny byly větší toky, které si z hlediska průtokových režimů uchovávají hydrologický režim z vyšších částí povodí [16], zatímco toky nižších řádů jsou závislejší na lokálních podmínkách, a vazbu tedy lze snáze detekovat. Například pokud povodím prochází významná hranice mezi okrsky geomorfologického členění, znamená to obvykle, že toky jednak mění spád, jednak se často dostávají na hranice geologických jednotek, což může být spojeno například se změnou propustnosti. Typickou situací je jakési zanoření určitého úseku toku, například do kvartérních sedimentů o vyšší mocnosti nebo podloží z různých příčin propustnějšího, např. na hranici krasových oblastí. Na hranicích okrsků se v řadě případů vyskytují také tektonické poruchy, které vedou k tomu, že povrchový průtok na určitém úseku vymizí. Příkladem může být úsek toku Luha nad obcí Sloup na hranici Moravského krasu.

Výskyt oblastí s krasovou propustností a existence tektonických poruch jsou důležitými přírodními podmínkami ovlivňujícími vodnost DVT. Obojí úzce souvisí se ztrátou vody z povrchového toku, ale i s její dotací z podzemní vody – v krasových oblastech jsou propadání i vývěry, také tektonické poruchy mohou působit obousměrně. Nejednoznačné byly z tohoto pohledu i výsledky hodnocení těchto charakteristik v použitém souboru dat. I z těchto důvodů nebyly charakteristiky podíl krasů a pseudokrasu a výskyt tektonických poruch zohledněny ve výsledné zobecněné mapě rizika. Z hlediska předběžné opatrnosti je však třeba při posuzování situace v povodí přihlédnout i k výskytu těchto jevů. Zejména v oblastech krasových, ale i pseudokrasových, kterých je v ČR poměrně dost (obr. 5), jedná se např. o oblasti pískovcových skalních měst, dochází k vysychání toků často [35]. Příkladem intermitentního toku v oblasti, kde nepůsobí jiné negativní vlivy než krasové podloží a existence tektonické poruchy, je již zmiňovaný potok Obloučník poblíž Vápenné.

Z antropogenních vlivů mimo výše uvedený typ krajinného pokryvu má zcela jistě závažný vliv intenzita odběrů vody jak přímo z toků, tak z vod podzemních. Informace o odběrech a vypouštění vod jsou však centrálně evidovány až od určitého objemu. V databázi HEIS jsou podchyceny odběry od objemu přesahujícího 6 000 m3 za rok, resp. 500 m3 za měsíc a data z této databáze testovaná autory v předchozích výzkumech nevykazovala souvislost s vysycháním DVT. Vliv centrálně neevidovaných odběrů vody, ať již například z potoků pro závlahy zahrad, nebo vrty zásobujícími pitnou vodou jednotlivé obce, zemědělské podniky či rekreační objekty, byl však zjevný jak při podrobném hydrogeologickém hodnocení vybraných lokalit [19], tak při terénních průzkumech. Tento jev, navíc značně proměnlivý v čase, však nelze objektivně hodnotit tak, aby vznikla vrstva GIS použitelná pro kategorizaci území, zčásti je však velmi pravděpodobně podchycen při kategorizaci krajinného pokryvu v položkách urbanizovaná území a komplexní systémy kultur a parcel.

zahradkova-13
Obr. 13. Mapa výskytu významných geomorfologických hranic v povodích IV. řádu; zobrazuje hodnoty hraniční pro kategorizaci území (obr. 9)
Fig. 13. Map of the occurrence of important geomorphological boundaries within 4th order catchments; borderline values used in the classification tree are displayed (fig. 9)

Jako situace vedoucí k častému výskytu vysychání DVT byla vyhodnocena kombinace vysokého podílu typu 2 krajinného pokryvu a relativně vysokého podílu ploch stojatých vod v povodí IV. řádu. Do koncového uzlu č. 7 (cf. obr. 9), který tuto kombinaci podmínek představuje, byla zařazena více než polovina (31 z 59) lokalit klasifikovaných pomocí bioindikační metody jako INT.

Pokud hodnotíme celý soubor 332 lokalit, pak z celkového počtu 59 lokalit klasifikovaných jako INT se nacházelo 43 v povodích s podílem ploch stojatých vod v průměru cca 7 ‰ (průměrný podíl nepříznivého krajinného pokryvu typu 2 byl 59 % plochy povodí pro lokality INT). Pro lokality PER tyto hodnoty odpovídaly 3 ‰ a 26 %. Pro obě charakteristiky byl zjištěn průkazný rozdíl mezi PER a INT lokalitami (viz Výsledky).

Tento výsledek, možná překvapivý, je však logicky vysvětlitelný. Pro drobné vodní toky jsou z hlediska ovlivnění průtokového režimu významné malé vodní nádrže (MVN), budované především pro účely závlah, rekreace a chovu ryb. Vlivu MVN, zejména rybničního typu, na hydrologický režim drobných toků nebyla v ČR věnována příliš velká pozornost, ačkoliv jejich počet je v naší zemi velmi vysoký, jen rybníků je v různých zdrojích udáváno kolem 20 000 [36]. V běžných typech MVN jde primárně o zadržení vody v nádrži pro nějaký ekonomický účel a z toho důvodu obvykle také o udržení určité kóty hladiny, popřípadě o nárazové vypouštění v podzimních měsících (výlovy rybníků). V teplých a suchých obdobích dochází, zejména z důvodu zachování dostatečného objemu vody např. pro přežití ryb, k zadržování vody v nádržích, v tomto období dochází také zajisté k nezanedbatelnému odparu z hladiny [37], který může i převýšit přítok. Pokles hladiny vody v nádrži vede také k většímu prohřívání vody s dopady na jakost vody nejen v samotné nádrži, ale následně i v toku pod hrází. Zajištění stálého průtoku pod nádrží zjevně nebývá v praxi při manipulaci prioritou, což odpovídá zkušenostem z terénních pozorování autorů. K situacím, že voda zadržená v nádržích není v období sucha vypouštěna, dochází nejen ve vzdálených aridních oblastech nebo bližším evropském mediteránu [38], ale i v podmínkách ČR. Dokladem toho může být mimo jiné i reakce na extrémní sucho v roce 2015 ve smyslu zvýšení kontrol zaměřených na dodržování manipulačních řádů a zajištění minimálních zůstatkových průtoků v tocích (viz např. www.cizp.cz).

Srovnání map kategorizací území ČR ve vztahu k vysychání

Výslednou kategorizaci území, předkládanou v této práci, je možno srovnávat s řadou kategorizací ČR ve vztahu k jevům klimatickým, hydrologickým a zemědělským i socioekonomickým rizikům spojeným se suchem, které jsou k dispozici v mapové podobě. Pro konkrétní srovnání jsou pak nejvhodnější mapy zobecněné, postihující dlouhodobý stav nebo rizika.

Ve srovnání s mapami klimatickými, např. průměrných ročních nebo červencových teplot vzduchu či průměrného ročního úhrnu srážek, vykazuje mapa rizika vysychání DVT rámcovou shodu ve vymezení malého rizika v oblastech srážkově příznivějších, stejně jako ve vymezení velkého rizika na jihu Moravy, České tabule a Podkrušnohorské oblasti. Rozdílné je však hodnocení v oblasti Západobeskydského podhůří (výrazné změny reliéfu, častější tektonické poruchy, nepříznivější krajinný pokryv) a/nebo i chladnějších (část Českomoravské vrchoviny s vyšším podílem orné půdy a vodních ploch), které podle námi navrhované kategorizace patří k oblastem s velkým rizikem vysychání DVT. Převážně velké riziko vysychání DVT bylo námi stanoveno také pro část oblasti Jihočeských pánví a části Středočeské pahorkatiny, které jsou např. podle podílu hodnot odvozených od významné metriky pro hodnocení zemědělského sucha, Palmerova Z­‑indexu [2, 12] klasifikovány většinou do středních nebo nižších hodnot z hlediska frekvence výskytu sucha.

Pro srovnání s výsledky hydrologických hodnocení jsme použili mapu trendů ročních standardizovaných nedostatkových objemů vymezených prahovým průtokem Q95 v období 1961–2007 (varianta pro přirozené průtoky) [18]. Rostoucí trend, tedy silnější tendence ke zvětšování sucha, byl zjištěn na některých stanicích v horní části povodí Vltavy, střední části povodí Sázavy, v povodí Orlice a početněji také u řeky Moravy. To je ve shodě s námi navrhovanou kategorizací, ačkoliv hydrologická hodnocení se týkají větších toků. Jako stanice bez trendu byly hodnoceny ty, které se nacházejí v povodí Berounky a Dyje, tam se mapa kategorizace pro DVT odlišuje.

zahradkova-14
Obr. 14. Mapa podílu vybraných stojatých vod v povodích IV. řádu; zobrazuje hodnoty hraniční pro kategorizaci území (obr. 9)
Fig. 14. Map of the share of selected stagnant surface waters in the 4th order catchments (for explanation see Fig. 8); borderline values used in the classification tree are displayed (fig. 9)

Mrkvičková a Balvín [16] navrhli kategorizaci území ČR do čtyř typů oblastí v závislosti na charakteru hydrologického režimu a na klíčových procesech, které se v dané oblasti podílejí na tvorbě odtoku. Toto členění bylo vytvořeno pro návrh variantního postupu stanovení minimálních zůstatkových průtoků v tocích. Zohledňuje mimo hydrologické charakteristiky také hydrogeologické poměry a nadmořskou výšku a zavádí parametr v podstatě vystihující vyrovnanost (rozkolísanost) průtoků v tocích. Z našeho hlediska to lze chápat jako určité měřítko náchylnosti toků k vysychání. Kategorie 4 navržená citovanými autory, tedy s průtoky nejvíce rozkolísanými, do značné míry odpovídá oblastem s velkým či středním rizikem vysychání DVT podle kategorizace předkládané v naší studii. Rozdílné je hodnocení v území hydrogeologického rajonu 4710, 4720 a 4730 bazálních křídových kolektorů a také některých základních rajonů, obvykle také ve vazbě na křídu, které jsou v práci Mrkvičkové a Balvína [16] hodnoceny jako příznivé, nicméně z hlediska naší kategorizace jsou hodnoceny odlišně. V oblasti bazálních křídových kolektorů je objektivně nízká hustota říční sítě a vysoká propustnost podloží, má zčásti pseudokrasový charakter. Na DVT zde dochází k epizodám vyschnutí (např. Olešnička, přítok Kamenice, u obce Stará Oleška, srpen 2003 a 2004).

Pro hodnocení socioekonomického sucha existuje řada postupů, používané ukazatele však vedou k tomu, že s kategorizací DVT podle rizika jejich vysychání souvisí jen zčásti. Zajímavé je srovnání s výsledky multikriteriální analýzy definující katastry nejvíce ohrožené suchem a přívalovými srážkami, zpracované pro Generel vodního hospodářství v ČR [2], kdy se námi navrhovaná kategorizace podobá mapě prezentující hodnoty průměrného z­‑skóre, které v tomto generelu udává míru ohrožení území suchem.

Jako kategorizace nejbližší námi vytvořené variantě se jeví mapa zranitelnosti území ČR vůči suchu v závislosti na ročním výskytu stresu suchem [2], která je mimo jiné založena na schopnosti ekosystémů poskytovat ekosystémové služby v závislosti na ročním výskytu stresu suchem. Podobnost obou návrhů může být dána mimo jiné tím, že v ekosystémovém pojetí je zahrnuta i fragmentace krajiny.

Výstižnost a možnosti využití navrhované kategorizace drobných vodních toků

Navrhovaná kategorizace je založena na analýze společenstev živých organismů, což vždy přináší určitou míru variability v datech. Spolehlivost vymezení oblastí je přibližně 80 % z hlediska výskytu úseků toků permanentních nebo intermitentních. Nutno říci, že vzhledem k významné roli lokálních podmínek není reálné postihnout všechny faktory, vedoucí k faktickému vyschnutí určitého, v některých případech jen relativně krátkého úseku toku. Kategorizaci území proto nelze brát zcela striktně v tom smyslu, že všechny toky v území s velkým rizikem v období sucha vyschnou a naopak, že v oblastech s malým rizikem nemůže vyschnutí toků nikdy nastat. I tam může například při souběhu nepříznivých klimatických podmínek a nevhodných zásahů člověka docházet k vysychání toků, jak tomu bylo právě v roce 2015 [8].

Navrhovaná kategorizace bude v podobě interaktivní mapy k dispozici na webových stránkách HEIS. Pro každé povodí IV. řádu bude zobrazen stupeň rizika vysychání DVT a uvedeny charakteristiky, které riziko definují, včetně upozornění na to, zda se na území povodí vyskytují krasy, pseudokrasy a významné tektonické poruchy jako potenciálně rizikové faktory, které mohou spolupůsobit při vyschnutí koryta na konkrétním úseku.

Výsledná mapa má za cíl doplnit různé náhledy na rizika spojená s výskytem sucha, a to pro DVT, což bylo téma dosud opomíjené, ačkoliv ČR je zemí s jejich relativně vysokým podílem v říční síti. Podklad je využitelný při rozhodování v různých resortech, zejména při rozhodování o nakládání s vodami a o prioritách při alokacích prostředků pro boj se suchem, stejně jako pro územní plánování či ochranu ekosystémů.

zahradkova-15

 

Obr. 15. Kategorizace území České republiky podle míry rizika vysychání drobných vodních toků; odvozeno od výsledků klasifikace lokalit metodou klasifikačního
stromu; R_0 malé riziko, R_1 střední riziko, R_2 velké riziko vysychání drobných vodních toků
Fig. 15. The categorization of the Czech Republic area according to the risk of drying up of small streams as predicted by the classification tree (see Fig. 9); R_0 low risk, R_1 medium risk, R_2 high risk of drying up of small streams

V tomto kontextu je třeba zdůraznit, že jako hlavní faktor, vedoucí k vysychání DVT, byla detekována kombinace převažujícího nepříznivého typu krajinného pokryvu a vyššího podílu vodních ploch – malých vodních nádrží. Pokud se týká nádrží, nejedná se o překvapivý výsledek, který by nebyl z odborné literatury znám. Jev je doložen z oblastí s aridním klimatem, jako je jižní Austrálie a jižní Afrika [1], ale i z evropské temperátní zóny – povodí Loiry [39]. Kumulativní vliv malých nádrží v povodí může vést ke snížení průměrných ročních průtoků zhruba o 20 % v aridních oblastech a o cca 7 % v mírném pásmu [39]. Lake [1] uvádí, že omezení objemu vody zadržované v těchto nádržích může být důležitým opatřením ke zmírnění negativních vlivů sucha. Je tedy třeba pečlivě zvažovat výběr opatření v boji proti suchu, zejména těch, která mají vést k zadržování vody v krajině. Existence nádrží sice pomůže vytvořit disponibilní zásobu vody, nicméně z hlediska vodního režimu samotného toku i okolní krajiny to však může situaci zhoršit [40]. Lapidárně řečeno, voda zadržená v malé nádrži je vodou zadrženou v nádrži, nikoliv v komplexní struktuře krajiny, která ji může postupně uvolňovat a omezovat tak rizika úplného vyschnutí koryta toku i půdy v povodí. Při využívání malých nádrží je dalším problémem snaha o víceúčelovost. Sladit například požadavky pro chov ryb a zachování minimálního zůstatkového průtoku se v období sucha může snadno stát nemožným.

Lake [1] uvádí jako postup vedoucí ke zvýšení rezilience a rezistence akvatických ekosystémů vůči suchu návrat k přirozeným průtokovým režimům nebo alespoň zajištění tzv. environmentálních průtoků (tj. minimální zůstatkové průtoky), obnovu podélné i příčné konektivity toku, umožnění povodňových rozlivů k doplnění zásob podzemní vody a samozřejmě renaturaci či revitalizaci toků a vhodný management využití krajiny. Je zřejmé, že se jedná o procesy, které jsou z hlediska realizace jednak poměrně obtížné, jednak obvykle časově náročné. Usnesení vlády k přípravě realizace opatření pro zmírnění negativních dopadů sucha a nedostatku vody, které má vést k vytvoření koncepce ochrany před následky sucha, dává prostor pro racionální výběr těchto opatření. V povodích drobných vodních toků s převažující ornou půdou jsou zřejmě zásadní opatření v krajině, zejména ve způsobu hospodaření. Na prvním místě by tedy mělo být zhodnocení současného stavu se zohledněním rizika vysychání toků a ekonomicky odůvodněný propočet přínosů navrhovaných opatření ve vztahu k nákladům. Přírodě bližší a často levnější opatření jako renaturace, popř. revitalizace toků, obnova mokřadů a vhodné pozemkové úpravy tak mohou být výrazně přínosnějším a ekonomičtějším opatřením než masivní výstavba dalších menších nádrží. Ty v období sucha průtoky v našich drobných vysychajících tocích nadlepšovat zřejmě nebudou, spíše naopak.

Poděkování

Autoři děkují podniku Povodí Moravy, s. p., za zpřístupnění dat z informačního systému SALAMANDER, bez kterých by tato studie nemohla vzniknout. Českému hydrometeorologickému ústavu děkují za souhlas s využitím klimatických dat zpracovaných do údajů v gridové síti. V neposlední řadě patří dík početnému týmu pracovníků a spolupracovníků bývalé Zemědělské vodohospodářské správy, kteří nashromáždili a zpracovali velké množství údajů o drobných vodních tocích České republiky. Článek vznikl s podporou Technologické agentury ČR, v rámci projektu č. TA02020395.

Posted by & filed under Hydraulika, hydrologie a hydrogeologie.

Souhrn

V rámci České republiky existuje dlouhodobá ochrana lokalit vhodných pro akumulaci povrchových vod (LAPV), kterých je v současnosti 65, v blízké budoucnosti je plánována aktualizace. Ochrana těchto území s sebou však nese dopady na sociální a hospodářský vývoj obcí a obyvatelstva i krajiny jako takové. Na základě provedeného průzkumu v okolí několika stávajících nádrží, terénních šetření i dotazníkového průzkumu v obcích dotčených územní rezervou LAPV byla sestavena metodika zaměřená na přípravu podkladů k územnímu plánování a využívání území v těchto lokalitách. Její součástí je rovněž definování zásad, které je třeba dodržovat, aby nedošlo k nenávratnému poškození a znehodnocení území z pohledu účelu jeho ochrany.

Úvod

Česká republika leží na rozhraní tří evropských povodí, a proto je nutné velmi dobře hospodařit s veškerou vodou, která k nám přichází ve formě srážek. V posledních dvaceti letech dochází k častějším hydrologickým extrémům: v letech 1997, 2002, 2010 a 2013 naše území zasáhly významné povodně, zatímco v roce 2003, 2014 a zejména v roce 2015 vedlo dlouhodobé sucho k potížím v zásobování obyvatelstva pitnou vodou a i v zemědělství byly hlášeny značné ztráty. V nadcházejících desetiletích je očekáváno další stupňování těchto negativních hydrologických situací [1].

Ke zmírnění dopadů těchto hydrologických výkyvů je nutné přijmout celou řadu opatření, která povedou k vyššímu zadržování vody v krajině. Technickou stránkou řešení se zabývají různé projekty, jejichž výstupy a závěry jsou publikovány na odborných akcích a v odborných časopisech (např. [2]). Z technického hlediska se pak jeví jako nejvhodnější kombinace tzv. „měkkých opatření“ v krajině s výstavbou údolních nádrží s dostatečně velkým zásobním objemem, který umožní zachytit povodňové vody, ochránit osídlení níže po toku a naopak poskytovat vodu pro obyvatele i pro závlahy zemědělských pozemků nalepšováním nízkých průtoků v době sucha.

Výstavba těchto nádrží je časově a finančně náročná, ale také politicky citlivá. Obyvatelé obcí, kterých by se nová výstavba nádrží dotkla, se obávají negativních dopadů na svůj dosavadní život. Benefity, které výstavbou velkých nádrží vznikají, jsou přínosem pro celou společnost, ale nejvíce se projevují v lokalitách značně vzdálených, zatímco místní lidé vnímají zejména negativa spojená s výstavbou. Působení těchto společenských jevů můžeme pak pozorovat např. při projednávání výstavby nádrže Nové Heřmínovy, které intenzivně probíhá od povodní v roce 1997 [3].

forejtnikova-1
Obr. 1. Lokality chráněné pro akumulaci povrchových vod podle Generelu (2011)
Fig. 1. Localities suitable for surface water accumulation, according to “Generel” (2011)

V současné době řešený projekt Analýzy a hodnocení sociálně­‑ekonomických dopadů na rozvoj společnosti v územích chráněných pro akumulaci povrchových vod má přispět, vedle projektů zaměřených na technické řešení, k snadnějšímu pochopení společenských problémů vznikajících v souvislosti s ochranou a výstavbou ve výhledových lokalitách akumulace povrchových vod.

Seznam takto chráněných lokalit (vizualizovány jsou na obr. 1), které by byly z geologického i hydrologického hlediska vhodné pro výstavbu, je jmenovitě uveden v Generelu území chráněných pro akumulaci povrchových vod a základních zásad využití těchto území (dále jen Generel) [4], připraveném ve spolupráci MZe a MŽP v roce 2011. K 22. prosinci 2015 má být tento materiál aktualizován, jak je uvedeno přímo v jeho vstupní části. Lokality zahrnuté v současné době do Generelu jsou výběrem z více než 400 studijně zpracovaných míst na tocích v celé České republice, kde přírodní podmínky umožňují vytvoření akumulací povrchové vody [5].

Jeden z kroků k aktualizaci Generelu podpořila v letošním roce i vláda České republiky formou Usnesení k přípravě realizace opatření pro zmírnění negativních dopadů sucha a nedostatku vody ze dne 29. července 2015 [6].

Plánování v oblasti vod a územní plánování ve vztahu k LAPV

Ochrana lokalit chráněných pro akumulaci povrchových vod (LAPV) je dlouhodobá, již od 60. let 20. století [5], a výhledově bude trvat několik dalších desetiletí, než dojde ke skutečné výstavbě nebo k případnému vyřazení některé lokality z tohoto seznamu. Z tohoto pohledu nejsou LAPV předmětem vodního plánování probíhajícího v současné době v intencích Rámcové směrnice pro vodní politiku [7], ale určitým výhledem pro budoucí využití území. V případě údolních nádrží není rozhodování jen v rukou Ministerstva zemědělství a Ministerstva životního prostředí, velkou roli mají i nástroje územního plánování, a tím Ministerstvo pro místní rozvoj.

Dlouhodobá územní ochrana lokalit vhodných pro akumulaci povrchových vod je zakotvena i v dokumentech územního plánování. Na základě dokumentu Politika územního rozvoje ČR [8], ve znění Aktualizace č. 1, který je určen zejména pro koordinaci územního rozvoje na celostátní úrovni a pro koordinaci územně plánovací činnosti krajů, mají kraje za povinnost v Zásadách územního rozvoje (ZÚR) vymezit jako územní rezervy plochy pro vodní nádrže uvedené v Generelu [4]. Na základě stavebního zákona [9] s ohledem na ustanovení § 28a odst. 1 zákona o vodách [10], byly v Generelu stanoveny základní zásady využití těchto územních rezerv a stanoveny podmínky jejich využití v územně plánovací dokumentaci. V těchto lokalitách není možné navrhovat záměry na umístění zejména [4]: nových staveb technické a dopravní infrastruktury mezinárodního, republikového a jiného nadmístního významu s výjimkou staveb, kde bude prokázáno projektovou dokumentací, že jejich umístění nebo provedení anebo užívání neztíží budoucí využití území dotčené předmětnou stavbou pro akumulaci povrchových vod; změny dokončených staveb technické a dopravní infrastruktury mezi-národního, republikového a jiného nadmístního významu s výjimkou staveb, kde bude prokázáno projektovou dokumentací, že jejich umístění nebo provedení anebo užívání neztíží budoucí využití území dotčené předmětnou stavbou pro akumulaci povrchových vod; staveb a zařízení pro průmysl, energetiku, zemědělství, těžbu nerostů a dalších staveb, zařízení a činností, které by mohly narušit geologické a morfologické poměry v území předpokládaného profilu přehrady nebo jinak nepříznivě ovlivnit budoucí vodohospodářské využití plochy zátopy vodní nádrže, a to jak samotným rozsahem staveb ve vymezeném území (např. sídelní útvary), velkými plochami pro podnikání s investičně náročnými vedeními technické infrastruktury, tak jejich následným provozem (např. sklady zvláštních a nebezpečných odpadů, odkališť, sklady pohonných hmot).

forejtnikova-2
Obr. 2. Schéma vazeb základních dokumentů v oblasti územního plánování
Fig. 2. Diagram of links of basic documents in the field of spatial planning

Vymezení územních rezerv pro LAPV v ZÚR se odráží i v dalších nástrojích územního plánování, a to zejména v územních plánech pořizovaných na úrovni obcí. Vazby mezi uvedenými územně plánovacími nástroji jsou přiblíženy ve schématu na obr. 2.

Hodnocení vybraných stávajících nádrží

Ve Výzkumném ústavu vodohospodářském T. G. Masaryka, v.v.i., je nyní řešen projekt, který hodnotí sociálně­‑ekonomické a společenské dopady a dopady na životní prostředí spojené s využitím a ochranou území určených pro budoucí akumulaci povrchových vod. V rámci řešení jsou analyzovány faktory ovlivňující sociální a hospodářský vývoj obcí a obyvatelstva, kterých se přímo dotýká hájení a budoucí využití těchto lokalit. Dále jsou posuzovány kladné i negativní dopady rozhodnutí o další ochraně těchto území nebo o výstavbě, a také míra omezení rozvoje místních komunit tímto nadregionálním rozhodnutím.

Metodika řešení projektu zahrnovala nejprve průzkum a posouzení již postavených nádrží a jejich dopad na místní komunity. Tato analýza poskytla představu o problémových až kritických místech v chránění lokalit, plánování a projektování velkých nádrží. Pozornost při tomto rozboru byla zaměřena zejména na nádrže Vranov, Šance a Slezská Harta.

Za účelem postihnutí změn ve využití území před a po výstavbě nádrže byl ve spolupráci s VÚKOZ, v.v.i., hodnocen vývoj využití krajiny v různých časových obdobích. Pro sledované lokality byla vytvořena obalová zóna (buffer) tak, aby bylo zachyceno okolí nádrže včetně blízkých zastavěných ploch, ve kterých došlo k významným změnám v důsledku výstavby nádrže.

forejtnikova-3
Obr. 3. Využití krajiny před výstavbou nádrže v lokalitě Slezská Harta
Fig. 3. Land use before the construction of reservoir in the area of Slezska Harta

Na základě starých topografických map v měřítku 1 : 10 000 nebo 1 : 25 000 a starých základních map 1 : 10 000, vždy časově nejblíže před termínem budování vodního díla, byly zpracovány historické mapy využití krajiny. Pro nejstarší sledovanou nádrž VD Vranov, vybudovanou v letech 1930–1933, byly jako základ použity Digitalizované mapy reambulovaného vojenského mapování v měřítku 1 : 25 000 z roku 1933. V té době však již část nádrže byla do map zakreslena, proto byla plocha zátopy doplněna z nejbližších starších dat, a to z Digitalizovaných map III. vojenského mapování v měřítku 1 : 25 000 (z roku 1876). Vojenské topografické mapy 1 : 10 000 z roku 1962 se staly zdrojem dat pro zpracování využití krajiny VD Šance, která byla vybudovaná v letech 1964–1969, Základní mapy ČR 1 : 10 000 z let 1994–1995 pak zdrojem dat pro lokalitu VD Slezská Harta, vybudovanou v letech 1987–1997.

Aktuální mapa využití krajiny byla vytvořena nad současnými základními mapami 1 : 10 000 z mapového serveru ČÚZK. Celkem bylo vymezeno 10 kategorií
(tříd) využití krajiny: 1 – orná půda, 2 – trvalý travní porost, 3 – sad a zahrada, 4 – vinice a chmelnice, 5 – les, 6 – vodní plocha, 7 – souvislá zástavba, 8 – rekreační plocha, 9 – roztroušená zástavba, 0 – ostatní. Změny ve využití krajiny byly stanoveny na základě provedené prostorové analýzy s využitím nástrojů GIS. Zjištěné výsledky dokumentuje tabulka 1.

forejtnikova-4
Obr. 4. Současné využití krajiny v lokalitě Slezská Harta
Fig. 4. Current land use in the area of Slezska Harta

Nejvýznamnější změna ve využití půdy mezi dobou před výstavbou nádrže a v současnosti byla zaznamenána u VD Slezská Harta, kdy ubylo 35,6 % orné půdy, většinou se jednalo o změnu v trvalý travní porost, jak je patrné z obr. 34.

Součástí této fáze projektu bylo rovněž dotazníkové šetření prováděné Fakultou sociálních studií MU v Brně [11]. Toto šetření, realizované pomocí kvantitativně­‑kvalitativních metod na reprezentativním vzorku domácností v lokalitách dotčených výstavbou, poskytlo unikátní data týkající se názorů, postojů a zkušeností veřejnosti s výstavbou velkých vodních děl. Díky nim mohla být formulována některá doporučení, která by měla minimalizovat socio-
ekonomická rizika spojená s přípravou i realizací takovýchto staveb.

 

forejtnikova-5

Obr. 5. Vývoj počtu obyvatel v obcích zasažených stavbou VD Slezská Harta (rok 1987 – začátek výstavby)
Fig. 5. Number of inhabitans in the municipalities affected by the construction of reservoirs (the year 1987 – start of construction)

Z Databáze demografických údajů za obce ČR Českého statistického úřadu [12] byla získána základní statistická data. Graf na obr. 5 dokumentuje vývoj migračního přírůstku v oblasti VD Slezská Harta, kde je patrná změna v počtu obyvatel v důsledku zaplavení části obcí v době výstavby nádrže a vývoj tohoto osídlení v následujících letech.

Výsledky šetření u stávajících nádrží

Projednávání žádné ze sledovaných nádrží neprobíhalo v nových společenských podmínkách, tzn. po roce 1989. U nejnovější z nádrží – Slezské Harty, byly získány nejcennější poznatky, využitelné pro budoucí činnost ve státní správě a územním plánování.

Ukazuje se, že do budoucna bude potřebná větší komunikace s veřejností v širším území, dotčeným ochranou lokality a výstavbou nádrže. V místních komunitách dlouho přetrvávají subjektivní pocity křivdy i negativní nálady z nedodržení slibů o kompenzačních opatřeních (zejména Slezská Harta). Tyto postoje se přenášejí i do další generace a i v případech, kdy se lidé zcela odstěhují z obcí postižených výstavbou (Šance). Lze však dokladovat, že se objektivně zhoršily podmínky pro běžný život v dotčených obcích, jedná se zejména o zhoršenou dopravní obslužnost, přerušení historických komunikačních koridorů a v návaznosti na to zhoršení dostupnosti zdravotní péče, dojíždění do zaměstnání apod. V případě Slezské Harty jsou tyto dopady, vyvolané výstavbou, řešeny až nyní územní studií [13].

Tabulka 1. Změna ve využití půdy před a po výstavbě sledovaných vodních děl
Table 1. The land use change, status before and after construction of the water reservoir
forejtnikova-tabulka-1

Lze předpokládat, že tyto negativní zkušenosti místních lidí se promítly i do postojů veřejnosti při záměru výstavby nádrže Nové Heřmínovy a při ochraně dalších území určených pro případnou budoucí výstavbu. Vzniká otázka, jakým legislativním nástrojem lze zajistit splnění všech plánovaných doprovodných a kompenzačních opatření, aby nebyly jen na úrovni politických slibů a nedocházelo k jejich následnému škrtání z projektu z důvodů nedostatku finančních prostředků, což je častá obava místních obyvatel.

Šetření v lokalitách vhodných pro akumulaci povrchových vod (LAPV)

V rámci dalšího řešení projektu byly zkoumány a posuzovány socioekonomické a demografické údaje a vztahy, včetně názorů a postojů laické veřejnosti ve vztahu k LAPV. Tyto údaje byly porovnávány na druhé straně s objektivními technickými údaji o území, jeho ochraně a stávajícím i budoucím využitím. Do výzkumu byly také zahrnuty prokázané i předpokládané dopady na životní prostředí.

Kromě objektivních i subjektivně vnímaných potíží místních obyvatel vstupují do jednání nadregionální nevládní organizace, případně i oficiální odbory ochrany přírody. Názor části těchto profesních ekologů i části veřejnosti je, že výstavba velkých nádrží je zbytečná a že všechny požadované funkce lze zajistit jinými, méně viditelnými zásahy v krajině. Zkušenost však ukazuje a hydrologické výpočty dokládají, že protierozní opatření, dobře provedená pozemková úprava, výstavba a obnovování rybníků a mokřadů jsou důležité a nenahraditelné i v povodích výhledových LAPV. Samy o sobě však tato opatření v případě postupujícího sucha nebudou dostačující.

Situace na toku Jevišovka, LAPV Plaveč

Významnější pozornost byla věnována toku Jevišovka a lokalitě Plaveč, která byla při řešení projektu vybrána jako pilotní území. Povodí této řeky není velké – 779 km², avšak rozkolísanost průtoků je značná (tabulka 2).

To již v minulosti vedlo postupně k výstavbě dvou nádrží, a to nádrže Jevišovice v roce 1896 (nejstarší přehrada na Moravě) se zásobním objemem 0,131 mil. m³ a nádrže Výrovice v roce 1983 se zásobním objemem 2,984 mil. m³ [15]. Přes tato opatření přetrvávají problémy jak s povodňovými stavy, tak zejména s nízkými stavy v období sucha, jak je patrné z obr. 6. V letošním suchém roce 2015 byl přítok do nádrže Jevišovice po dlouhé období téměř neměřitelný (oficiálně 2 l.s-1), zatímco z nádrže odtékal požadovaný minimální průtok 20 l.s-1.

forejtnikova-6

Obr. 6. Dolní tok Jevišovky u obce Jevišovka, povodeň v roce 2006 a nízké průtoky v roce 2015
Fig. 6. The lower course of the Jevišovka river by Jevišovka village, flood in 2006 and low water flow in 2015

Na této řece je chráněna další výhledová lokalita Plaveč, která by zvětšila celkový zásobní i retenční prostor. Při její případné realizaci by se jednalo o hledání kompromisu mezi různými variantami. V současné době je hájena varianta s menším rozsahem nádrže (celkový potenciální objem až 8,2 mil. m³) [4], ovšem také s menším účinkem na ovladatelnost průtoků.

Také v případě této nádrže by se její přínos neprojevil v místě výstavby, ale zejména na dolním toku, kde by Jevišovka poskytovala v obdobích sucha více vody pro závlahy a dostatek technologické vody pro cukrovar v Hrušovanech nad Jevišovkou.

Dotazníkové šetření v obcích dotčených LAPV

V rámci řešeného projektu bylo provedeno dotazníkové šetření mezi starosty všech obcí, do jejichž katastru zasahuje některá z 65 lokalit vhodných pro akumulaci povrchových vod. Dotazníkové šetření proběhlo formou e­‑mailu s přiloženým elektronickým dotazníkem (obr. 7). Ten byl odeslán na oficiální e­‑mailové adresy obcí. Vyplněné dotazníky jsou k dispozici na pracovišti řešitelů a budou dále zpracovány v rámci řešení.

forejtnikova-7
Obr. 7. Dotazník určený zástupcům obcí dotčených vymezením LAPV
Fig. 7. Questionnaire addressed to the mayors of municipalities affected by LASW delimitation

Z celkového počtu 205 oslovených starostů odpovědělo 84 (úspěšnost 41 %). Dotazník byl ve valné většině vyplněn přímo starostou dané obce (89 %), ve zbylých případech místostarostou nebo vedoucím některého odboru dané obce. Podrobnost odpovědí byla velmi různorodá, od podrobného rozepsání postojů obce po vyjádření, že nemohou posoudit. Z výsledků vyplývá, že dostatečně informováno o problematice LAPV je 30 % obcí, 48 % pociťuje nedostatek informací k této problematice a 12 % dokonce nevědělo, že jejich katastrální území je dotčeno záměrem LAPV.

Na otázku „Jaký je postoj obce k záměru LAPV?“ uvedlo 37 % respondentů, že kladný, a 20 %, že záporný, zbývající reakce nebyly jednoznačné. Zajímavá je rovněž existence vymezení LAPV v územních plánech obcí. Z 84 sledovaných obcí má územní plán 89 %. Podle vedení obcí je LAPV vymezena v územních plánech 38 % obcí. Dalších 8 % připravuje takový územní plán, kde bude LAPV zanesena. Pozemkové úpravy, které zasahují do LAPV, byly projektovány pouze v 6 % obcí, ani tady však s případnou budoucí nádrží při řešení nebylo uvažováno, žádná z pozemkových úprav se záměrem LAPV nepočítá.

Tabulka 2. Hydrologická data z profilů na řece Jevišovce [14]
Table 2. Hydrological data from profiles on the Jevišovka river [14]
forejtnikova-tabulka-2

Výsledky a diskuse

Z provedených rozborů a výzkumů vyplývá, že postoje obcí a veřejnosti nejsou již jednoznačně negativní k záměrům ochrany lokalit a budoucí výstavby nových nádrží. Přispělo k tomu pravděpodobně i probíhající období sucha. Dotčené obce se o problematiku většinou aktivně zajímají a v případě, že jim to bude umožněno, budou aktivní i při hledání řešení dílčích problémů spojených s ochranou LAPV. Přetrvává pocit, že užitek z výstavby je jinde než v dotčených obcích a že by tyto obce měly mít určité kompenzace již v době hájení a také záruky, že v případě realizace stavby nebudou jejich zájmy opomíjeny.

Obecně se soudí, že ze strany úřadů a investorů nebude problém s náhradou za ztracené obytné budovy. Již nyní se však projevují individuální námitky proti záměrům výstavby nádrží, další se dají předpokládat i do budoucna. V případě realizace výstavby nádrže se tedy nabízejí otázky např. jak nahradit individuální i komerční rekreaci vázanou na prostředí vodního toku (např. Čučice nebo Horní Lomná, obr. 8) nebo jak kompenzovat ztrátu živnosti vázanou na vodní tok – malá vodní elektrárna, mlýn (např. Plaveč, Podolí), rybářské rekreační zařízení se pstruhovými rybníčky (např. Rajnochovice, Juhyně) apod.

forejtnikova-8
Obr. 8. Moravskoslezské Beskydy, údolí LAPV Horní Lomná
Fig. 8. Moravskoslezske Beskydy Mountains, LAPV Valley Horní Lomná

Předložený článek se orientuje zejména na postoje a problémy jednotlivých obyvatel a celých místních komunit, avšak v řešeném projektu byly v hájených lokalitách sledovány i zájmy jiných resortů. Z řešení vyplynulo, že v dokumentaci LAPV by byla potřebná podrobnější inventarizace památek i drobného kulturního dědictví. Podobná je situace s ochranou přírody. V pasportech v rámci Generelu jsou zaznamenány výskyty chráněných rostlin a živočichů, bylo by však potřebné provést inventarizační průzkumy a posouzení i z pohledu jedinečnosti a dalšího časového výhledu.

Závěr

Nové poznatky a výsledky řešení projektu se promítají do návrhu metodiky zaměřené na přípravu podkladů k územnímu plánování a využívání území v lokalitách chráněných pro akumulaci povrchových vod. Tato navrhovaná metodika je jedním z výstupů projektu a je připravována pro Ministerstvo pro místní rozvoj a pro státní správu v oblasti územního plánování. Ukazuje se, že zařazení LAPV do ZÚR formou územní rezervy byl dobrý vstupní krok, avšak pro úspěšný rozvoj dotčených území je potřeba tyto lokality v rámci územního plánování podrobněji rozpracovat. Podklady připravené podle metodiky umožní zapracování návrhů LAPV do celé struktury územně plánovacích podkladů (územně analytické podklady, územní studie), do aktualizace strategického dokumentu Politika územního rozvoje ČR, do územně plánovací dokumentace různých stupňů (zásady územního rozvoje, územní plány) a napomohou optimalizovat řešení těchto lokalit při odborném rozhodování orgánů na dotčených úrovních řízení.

Dotažení celého procesu územního plánování až k územním plánům jednotlivých dotčených obcí při respektování potřeb ochrany LAPV umožní plynulý rozvoj těchto obcí včetně jejich oprávněných požadavků na podporu z regionu. Současně bude rozvoj probíhat tak, aby nedošlo k poškození a znehodnocení území z pohledu účelu, pro který je hájeno.

Poděkování

Tento příspěvek vznikl v rámci projektu TD020084 Analýzy a hodnocení sociálně­‑ekonomických dopadů na rozvoj společnosti v územích chráněných pro akumulaci povrchových vod, který je řešen s finanční podporou Technologické agentury České republiky v rámci programu OMEGA.

 

Posted by & filed under Hydraulika, hydrologie a hydrogeologie.

Souhrn

Model BILAN je používán k simulacím hydrologické bilance na českých i evropských povodích v řadě projektů aplikovaného výzkumu i hydrologických studií. Příspěvek představuje vývoj tohoto modelu během několika posledních let. Popisuje jednak některé změny v modelu samotném (začlenění užívání vod, možnost kalibrace soustavy povodí, ukládání stavových veličin), jednak se zabývá přepracovaným uživatelským rozhraním, doplněným o grafické výstupy a další prvky pro interaktivní práci s modelem. Zmíněno je také rozhraní pro prostředí R a jeho webová verze. Závěrem jsou uvedeny příklady použití modelu ve studiích vyžadujících simulaci chování povodí, ať už pro současný stav, nebo pro podmínky klimatické změny.

Úvod

Konceptuální model BILAN, simulující hydrologickou bilanci v denním či měsíčním časovém kroku (popis modelu uvádí například Tallaksen a van Lanen, 2004), je ve Výzkumném ústavu vodohospodářském T. G. Masaryka vyvíjen a používán od 90. let 20. století. 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 (popsaná Beranem aj., 2011): grafické uživatelské rozhraní (GUI) založené na multiplatformní knihovně Qt a balík pro statistické a programovací prostředí R (R Core Team, 2015). Obě rozhraní se vzájemně doplňují – GUI zpřístupňuje model širokému spektru uživatelů a díky vizualizacím představuje efektivní nástroj pro kalibraci povodí, balík pro R umožňuje pokročilým uživatelům využít výhod hromadného zpracování a skriptování modelu v kombinaci s rozsáhlými možnostmi poskytovanými vlastním prostředím R.
Model i obě rozhraní jsou nadále udržovány a rozvíjeny podle potřeb výzkumných úkolů a požadavků uživatelů. Samostatně byl popsán nově implementovaný optimalizační algoritmus využívající evoluční metody (Máca aj., 2013), tento příspěvek poskytuje přehled dalších nových vlastností a možností modelu. Základy propojeného modelu BILAN jsou uvedeny v článku (Vizina a Hanel, 2011). Porovnání výpočetního algoritmu pro denní a měsíční verzi je uveden v příspěvku (Horáček aj., 2009).

Změny v modelu a jeho softwarové implementaci

Výpočetní jádro

Do bilančních rovnic modelu byly zahrnuty veličiny užívání vod, což rozšířilo oblast použití modelu na řešení vodohospodářské bilance. V případě zvoleného užívání do modelu vstupují neovlivněné řady pozorovaných odtoků spolu s veličinami užívání vod, jimiž jsou odběry z povrchových vod, odběry z podzemních vod a vypouštění do povrchových vod. Experimentálně je doplňují neevidované odběry z povrchových vod, které mají být iterativně odhadovány podle vodohospodářské bilance.
Nově je možné ukládat aktuální hodnoty stavových veličin modelu (zásoby v nádržích) a následně uložený stav využít při výpočtu začínajícím ve zvoleném časovém kroku. Toho se využívá například při simulaci nově doplněné části časové řady, jež navazuje na stávající řadu, pro niž jsou známé parametry modelu.

V nastavení optimalizace je novinkou možnost stanovit řadu vah, které budou použity při výpočtu optimalizačního kritéria. Lze tak zvýšit vliv významných úseků řady, nebo naopak eliminovat období nespolehlivých dat. Optimalizační kritérium se volitelně počítá také z řad základního odtoku (modelovaného a určitou metodou odvozeného z pozorování).

Model BILAN je koncipován jako celistvý, s parametry reprezentujícími celé povodí a kalibrovanými pro toto povodí nezávisle na okolních. Při tomto přístupu se tudíž v hodnotách parametrů nemusí odrazit podobnost sousedních povodí a v určitých případech může model simulovat odtoky z mezipovodí jako záporné. Tento nedostatek vedl k tomu, že byla připravena optimalizace, která zohledňuje vztah mezi odtokem z výše položeného a níže položeného povodí, jehož je menší povodí součástí. Libovolný počet povodí je tak možno uspořádat do soustavy, v níž je stejně jako doposud hydrologická bilance počítána pro každé povodí zvlášť. Při optimalizaci parametrů těchto povodí se využívají stejné algoritmy jako v případě samostatných povodí, liší se však v optimalizačním kritériu, které pro soustavu přidává penalizaci pro záporný odtok z mezipovodí mezi níže a výše položeným povodím.

Kromě těchto hlavních rozšíření byly doplněny funkce týkající se kopírování modelu, načítání a ukládání vstupních a výstupních souborů, transformace veličin, zacházení s chybějícími hodnotami apod.

Grafické uživatelské rozhraní

Jelikož byla předchozí verze grafického uživatelského rozhraní určena pro vyhodnocování jediného povodí, bylo rozhraní zásadně upraveno, aby bylo možno pracovat s více povodími v soustavě. V současnosti se skládá ze tří hlavních oddílů: seznamu načtených povodí či variant výpočtu téhož povodí, nastavení výpočtu a optimalizačního algoritmu (včetně metody výpočtu potenciální evapotranspirace, stanovení mezí parametrů, případně uspořádání povodí v soustavě apod.) a přehledu výsledných hodnot s jejich vizualizací. Grafické prostředí modelu je zobrazeno na obr. 1.
U seznamu povodí byly doplněny nástroje pro manipulaci se vstupními daty. Je možné vytvářet duplikáty vstupních souborů (klonování), popř. vstupní data transformovat (a to i po jednotlivých měsících). Tyto možnosti přispívají k efektivnímu srovnávání variant výpočtu a přípravě scénářových dat, ať už pro meteorologické veličiny, nebo užívání vod.

bilan-obr1
Obr. 1. Uživatelské prostředí modelu BILAN
Fig. 1. User interface of the BILAN model

Novou volbou v nastavení optimalizace je použití řady vah, které lze automaticky nastavit jako nulové pro chybějící či záporné hodnoty pozorovaného odtoku, případně pro uživatelem zadané období. U modelu s denním časovým krokem lze nově vypočítat řadu základního odtoku metodou klouzavých minim z 30denního časového intervalu, která může být využita při takové kalibraci, jež základnímu odtoku přiřazuje určitou váhu. Protože optimalizace soustavy využívá stejné algoritmy jako optimalizace samostatného povodí, neliší se ani její nastavení. Je však samozřejmě nutné zadat strukturu soustavy, která se schematicky zobrazí jako stromový seznam. Nastavení optimalizace je možné uložit do prostého textového souboru pro opětovné použití.

Výsledky modelování, ukládané do výstupních souborů, zahrnují hodnoty kalibrovaných parametrů, denní či měsíční časové řady veličin a jejich měsíční charakteristiky. Přidáno bylo grafické znázornění uživatelem zvolených veličin. K dispozici jsou různé druhy grafů: denní či měsíční řady, měsíční charakteristiky (průměry, minima, maxima, krabicové grafy) a kvantilové grafy, jež zahrnují čáry překročení, Gumbelovy extremální grafy (grafy počátečních a koncových úseků čar překročení) a Q-Q graf pozorovaného a modelovaného celkového odtoku; tyto grafy lze vyhodnocovat také pro zadanou sezonu. Všechny grafy je možno exportovat, u grafů řad lze interaktivně měnit měřítko a nastavovat období pro kalibraci. Grafy umožňují zobrazit více povodí či variant výpočtů najednou, což opět usnadňuje expertní kalibraci. Možnosti (příklady) grafických výstupů jsou uvedeny na obr. 2.

bilan-obr2
Obr. 2. Příklady grafických výstupů modelu BILAN: a) časové řady (modře – pozorovaný odtok, červeně – modelovaný odtok, hnědě – nedostatkové objemy), b) krabicový graf, c) Q-Q graf mezi modelovaným a pozorovaným odtokem, d) čáry překročení pro odtoky a nedostatkový objem
Fig. 2. Examples of graphical outputs from the BILAN model: a) time series (blue – observed runoff, red – modelled runoff, brown – deficit volumes), b) boxplot chart type, c) qq plot between modelled and observed runoff, d) flow duration curve for runoffs and deficit volumes

Veškeré výstupy mohou být kromě jednotek odtokové výšky uváděny také v jednotkách objemu. Z funkcí jádra byly doplněny také veličiny užívání vod, k nim jsou navíc dopočítávány nedostatkové objemy (Bonacci, 1993) za předpokladu, že uživatel určí prahovou hodnotu (například minimální zůstatkový průtok), která může být specifická pro každý měsíc.

Vliv nastavení výpočtu na výsledky lze názorně posuzovat v režimu interaktivního spouštění modelu. V něm dochází k automatickému přepočítání modelu a k aktualizaci výsledků včetně grafů při jakékoliv změně vstupů (mezi něž spadají volby jako nastavení optimalizace, vstupních parametrů, transformace vstupních veličin nebo velikost prahové hodnoty).

Grafické uživatelské prostředí modelu BILAN je dostupné po domluvě s autory článku. K dispozici je i uživatelská příručka dostupná na webových stránkách bilan.vuv.cz (v českém a anglickém jazyce), jež pokrývá všechny vlastnosti programu a jejíž součástí je také popis matematického konceptu modelu.

Balík pro prostředí R

Do balíku pro prostředí R nazvaného „bilan“ (Kašpárek aj., 2014) byla převzata podpora pro nové vlastnosti jádra (užívání vod, aktuální stav, soustava povodí atd.), balík na rozdíl od GUI obsahuje veškerou novou funkcionalitu. Balík zároveň slouží pro experimentování s nově připravovanými funkcemi, v současnosti je v něm tak možné používat libovolný časový krok (v praxi například týdenní), testovat pozměněnou strukturu modelu či využít při kalibraci jiné veličiny než celkový a základní odtok.

Balík obsahuje kompletní dokumentaci všech funkcí a lze jej kompilovat na více platformách. V závěru roku 2013 byl zveřejněn na oficiálním úložišti balíků pro R zvaném CRAN (Comprehensive R Archive Network), kde zůstává v současnosti archivován, kvůli problémům nalezeným dynamickou analýzou kódu již však tato verze není přímo přístupná.

Webová aplikace

Pro prostředí R vzniklo několik nástrojů určených pro tvorbu webových aplikací, z nichž se nejvýznamnějším stal balík Shiny (Chang aj., 2015). Tento balík umožňuje snadno připravit webovou aplikaci sestávající z uživatelského rozhraní a serverové části, a to pouze prostřednictvím jazyka R, bez znalosti webových technologií. Takovou aplikaci lze provozovat jak lokálně, tak pomocí serverového programu Shiny Server.
Pro model BILAN je webová aplikace využívající Shiny dostupná na adrese bilan.vuv.cz/shiny/bilan. Aplikace obsahuje vzorová data pro povodí, lze však načíst i data vlastní. Nastavení kalibrace odpovídá možnostem balíku, k dispozici je rovněž vytváření více modelů a jejich vzájemné srovnávání. To ve spojení s nástroji na diagnostiku úspěšnosti modelu (včetně různých typů grafů) nabízí podobně efektivní způsob kalibrace povodí jako desktopová aplikace, nevýhodou však je pomalejší odezva a absence interaktivního režimu. Příklad výstupu webové aplikace je uveden na obr. 3.

bilan-obr3
Obr. 3. Webová aplikace – zobrazení empirických vztahů mezi srážkou a odtokem, specifickým odtokem a indexem základního odtoku
Fig. 3. Web application – showing the empirical relationships between precipitation and runoff, specific runoff and baseflow index

Možnosti použití modelu BILAN

Využití modelu BILAN je možné rozdělit do několika úrovní. Mezi primární patří modelování hydrologické bilance na povodí, které je hydrologicky uzavřené. Hydrologická bilance je složená z odtokových (odtok povrchový, přímý a základní) složek a složek zásobních (zásoba vody v půdě, podzemních vodách a ve sněhu). Vazby mezi jednotlivými složkami jsou reprezentovány jednotlivými parametry, které lze přenášet na hydrogeologicky podobná povodí. Tento přístup byl také zvolen pro modelování hydrologické bilance v projektu Rebilance zásob podzemních vod (Kašpárek, Hanel aj., 2014), kde pro celé hydrogeologické rajony, které nejsou hydrologicky uzavřené, byly parametry modelu přeneseny z jednotlivých povodí vyskytujících se v daném rajonu. Pro pilotní povodí v České republice byly navíc odvozeny odhady hodnot parametru zásoby vody v půdě (Spa) a parametru ovlivňujícího základní odtok (Grd). Výpočetní algoritmus modelu byl znovu ověřen tím, že výsledky byly porovnávány s výstupy modelů HBV a GR4J (Vizina aj., 2014).

Další možností využití modelu BILAN je modelování dopadů změn klimatu na hydrologickou bilanci, kdy je model nakalibrován pro současné podmínky a následně jsou parametry modelu využity pro modelování výhledových stavů. Vstupem bývají výstupy z regionálních klimatických modelů nebo upravená vstupní data, např. zvýšení teploty vzduchu o 1 °C. Následně je provedena analýza změn hydrologické bilance porovnáním výhledového stavu se současným. Pro současné a výhledové podmínky je navíc možné modelovat dopady při změněném užívání vod, které je uskutečněno pomocí transformace odběrů z povrchových a podzemních vod. Transformace mohou být provedeny pomocí přičtení či odečtení v jednotlivých měsících nebo pomocí násobku jednotlivého odběru. V modelu je též možné nastavit hodnoty neevidovaných odběrů či jejich odhad. Následně je provedena simulace. Pro posouzení, zda je daný zdroj pro zvolený odběr dostatečný, je možné použít výpočet nedostatkových objemů. Nedostatkové objemy lze nastavit na libovolnou limitní hodnotu, a to jako konstantní, nebo variabilní v jednotlivých měsících. Obvykle se nastavuje hodnota minimálního zůstatkového průtoku nebo průtokové kvantily.

V modelu je možné simulovat soustavu více povodí. Výsledky automatické kalibrace pro dvě povodí jsou uvedeny na obr. 4. Výhodou tohoto propojení je, že nedochází k záporným odtokům na mezipovodí, které v dřívějších simulacích jednotlivých povodí způsobovalo problémy při následných simulacích vodohospodářských soustav.

bilan-obr4
Obr. 4. Příklad optimalizace dvou povodí DBC 0170 a DBC 0180 na toku Metuje (červeně jsou zobrazeny odtoky pro obě povodí, modře pozorované odtoky)
Fig. 4. An example of optimization of two river basins DBC 0170 and DBC 0180 of the Metuje River (red – modelled runoff for the both basins, blue – observed runoff)

Závěr

Model hydrologické bilance BILAN je vyvíjen ve Výzkumném ústavu vodohospodářském v Praze od 90. let 20. století, avšak za poslední roky doznal výrazných změn, a to především v použitelnosti pro koncové uživatele. Hlavní výhodou modelu je nenáročnost na vstupní data a robustnost. Pro modelování stačí denní či měsíční řady teplot vzduchu a srážkových úhrnů.

Současná verze modelu BILAN poskytuje plnohodnotné grafické uživatelské prostředí, které prostřednictvím interaktivních prvků a grafických výstupů umožňuje pohodlnou expertní kalibraci modelu. Výhodou je také možnost přizpůsobit optimalizační algoritmus, například pro optimalizaci nízkých či vysokých průtoků. Hromadné zpracování dat (např. modelování dopadů klimatické změny na hydrologickou bilanci) usnadňuje prostředí R, v němž lze model použít ve formě balíku. Model je k dispozci také jako webová aplikace. Jednotlivé verze modelu jsou dostupné po domluvě u autorů příspěvku.

Poděkování

Článek vznikl na základě výsledků projektu „Udržitelné využívání vodních zdrojů v podmínkách klimatických změn“ (TA01020508), který byl financován Techno-logickou agenturou České republiky.

Posted by & filed under Hydraulika, hydrologie a hydrogeologie.

Souhrn

V České republice existuje od počátku 20. století seznam lokalit vhodných pro akumulaci povrchových vod (LAPV). Tento seznam byl do současnosti redukován z několika set na 65 lokalit, které jsou popsány v Generelu LAPV. Pro LAPV byly v minulosti zpracovány základní údaje o možném objemu nádrží, o jejich dopadu na zástavbu, ochranu přírody atp. V souvislosti s možnou změnou klimatu v budoucích desetiletích je nezbytné prověřit, nakolik se zvýší četnost a intenzita suchých období a nakolik by byly potenciální nádrže na LAPV schopny tyto negativní změny kompenzovat. Předložený článek podává informaci o počátku řešení této problematiky, jehož hlavním výsledkem budou podklady pro aktualizaci Generelu LAPV jak z hlediska vhodnosti jednotlivých lokalit, tak z hlediska jejich parametrů.

Úvod

V souvislosti s předpokládanou změnou klimatu v průběhu 21. století je ve světě i v ČR věnována značná pozornost návrhům adaptačních opatření vedoucích ke zmírnění dopadů klimatické změny a k zajištění dlouhodobě udržitelného využívání vodních zdrojů. Je zřejmé, že adaptační opatření je vhodné podle míry předpokládané změny diverzifikovat, nicméně naplní-li se projekce klimatických modelů, budou pravděpodobně klíčová opatření vedoucí k navýšení (respektive ke kompenzaci poklesu) vodních zdrojů v povodí. Z dosavadních zkušeností při řešení problému nedostatku vodních zdrojů v důsledku probíhajících změn klimatu vyplývá, že z těchto opatření jsou z hlediska efektivity a proveditelnosti často nejvhodnější opatření technická, mezi nimi i rekonstrukce starých či konstrukce nových vodních nádrží (viz např. Hanel aj., 2011; Horáček aj., 2012).

V ČR existuje od počátku 20. století seznam lokalit vhodných pro akumulaci povrchových vod (LAPV). Tento seznam byl do současnosti redukován z několika set na 65 lokalit, které jsou popsány v Generelu LAPV (MZe a MŽP, 2011). Pro LAPV byly v minulosti zpracovány základní údaje o možném objemu nádrží, o jejich dopadu na zástavbu, ochranu přírody atp. Dosud používané hydrologické podklady, které jsou pro funkci potenciálních nádrží rozhodující, pocházejí ze Směrného vodohospodářského plánu z let 1970–1975 a byly převážně odvozeny hydrologickou analogií. V řadě případů tak neodpovídají současnému vývoji hydrologických poměrů a vyžadují zpřesnění. Navíc je vzhledem k předpokládanému zvyšování variability hydrologického režimu v důsledku změny klimatu nezbytné prověřit schopnost potenciálních nádrží plnit své funkce i v případě déletrvajících a častěji se opakujících období sucha.

Z tohoto důvodu bylo v polovině roku 2014 zahájeno řešení projektu s názvem Možnosti kompenzace negativních dopadů klimatické změny na zásobování vodou a ekosystémy využitím lokalit vhodných pro akumulaci povrchových vod. Projekt spolufinancuje Technologická agentura ČR a na jeho řešení se kromě Výzkumného ústavu vodohospodářského T. G. Masaryka (VÚV TGM) podílí i Česká zemědělská univerzita. Projekt si klade za cíl reálně posoudit možnosti kompenzace nedostatku vodních zdrojů způsobeného změnou klimatu pomocí nádrží na LAPV s přihlédnutím zejména k (1) míře zranitelnosti jednotlivých povodí a (2) pravděpodobné zabezpečenosti funkce případných nádrží v podmínkách klimatické změny. K tomu využije (3) zpřesněné hydrologické údaje týkající se jednotlivých LAPV, které jsou získávány na základě doplněných datových zdrojů (pokud existují), i účelového automatického měření v profilech vybraných LAPV, které probíhá od konce roku 2014. Využití hájených lokalit k realizaci vodních nádrží by mělo jako technické řešení nastoupit až tehdy, když budou vyčerpány možnosti ostatních opatření k zajištění vodohospodářských služeb. V případě, kdy dopady klimatických změn nebudou řešitelné jinými prostředky, budou alternativně posouzeny i (4) možnosti zvýšení retence vody v povodí pomocí opatření v ploše povodí, včetně vlivu na celkovou hydrologickou bilanci zejména v obdobích nedostatku vodních zdrojů.

Již v minulých letech vzniklo několik studií, které se zabývaly vyhodnocením potenciálu LAPV vzhledem k možnostem kompenzace dopadů změny klimatu. Např. Peláková a Boersema (2005) a Hanel aj. (2011) na základě porovnání průměrné změny nedostatkových objemů v důsledku změny klimatu (popsanou různými scénáři) konstatují, že ve většině případů jsou schopny nádrže na LAPV kompenzovat (za určitých zjednodušujících předpokladů) změny nedostatkových objemů. Hanel aj. (2013) tyto studie rozšířili o vyhodnocení změn celého rozdělení nedostatkových objemů. Žádná z výše zmíněných studií nicméně neřeší zabezpečenost zásobní funkce posuzovaných nádrží – tj. nedostatkové objemy jsou porovnávány s potenciálním objemem nádrží a navíc se předpokládá, že na počátku deficitního období jsou nádrže plné. Tyto předpoklady mohou do jisté míry ovlivnit hodnocení využitelnosti jednotlivých nádrží na LAPV.

Cílem článku je podat základní informaci o projektu a seznámit s prvními výsledky řešení, tj. zejména s vyhodnocením reálně dostupných objemů nádrží a s jejich porovnáním s nedostatkovými objemy pro povodí 3. řádu. Uvažovány jsou i potenciální převody vody a využití nádrží položených na horním toku povodí. V následující kapitole jsou stručně popsány jednotlivé LAPV, vodoměrné stanice VÚV TGM a základní přístup k řešení projektu. Kapitola Hydrologická bilance pro profily LAPV popisuje kalibraci modelu Bilan pro profily LAPV. V kapitole Vyhodnocení vodohospodářské bilance je představeno zjednodušené vodohospodářské řešení zásobní funkce nádrží na LAPV. Poznatky jsou shrnuty v Závěru.

fig1
Obr. 1. Mapa ČR s rozmístěním 65 LAPV a 17 účelových stanic
Fig.1. Map of the Czech Republic with 65 localities suitable for accumulation of surface water and 17 gauging stations

LAPV a přístup k řešení jejich funkce v podmínkách změny klimatu

LAPV a účelová měření

V aktuální podobě Generelu LAPV je popsáno 65 lokalit (viz obr. 1) včetně jejich využití, potenciálních objemů, identifikace střetů se zástavbou, komunikacemi, zájmy ochrany přírody aj. Příslušnost LAPV k oblastem povodí je patrná z tabulky 1. Nejvíc LAPV je v oblasti povodí horního a středního Labe (13), nejméně v povodí Odry (3). Suma potenciálních objemů je nicméně nejvyšší v oblastech povodí Moravy (390,9 mil. m3), Odry (322,9 mil. m3) a Berounky (233,2 mil. m3).

Za účelem zpřesnění hydrologických podkladů v profilech LAPV, pro které nejsou k dispozici spolehlivá data z pozorovacích sítí ČHMÚ a podniků povodí, bylo zřízeno 17 vodoměrných stanic s kontinuálním měřením průtoků (viz obr. 1). Stanice byly umístěny zpravidla, pokud to podmínky umožňovaly, do profilu pod uvažovanou hráz, aby mohlo měření pokračovat i v případě výstavby nádrže. Stanice se skládá z kovového tubusu, na kterém je připevněný plastový vodočet a uvnitř zavěšena hladinoměrná sonda – Levelogger značky Solinst. Data jsou stahována manuálně, zpravidla při provádění hydrometrických měření.

Metodika řešení projektu

Zranitelnost jednotlivých povodí k profilům LAPV vůči změně klimatu (pozornost je věnována zejména obdobím sucha a s nimi spojeným nedostatkovým objemům) je posuzována jednak vyhodnocením dopadů již probíhajících změn a dále s využitím scénářů změn klimatu. Na základě návrhových údajů nádrží na LAPV je provedena simulace a vyhodnocení zabezpečenosti zásobní funkce jednotlivých nádrží pro současné podmínky, simulace využívající scénáře změny klimatu se připravují. Jelikož není jisté, které z nádrží se budou realizovat, jsou jednotlivé nádrže posuzovány převážně odděleně. Tento postup umožňuje identifikaci povodí potenciálně nejohroženějších změnami klimatu a zároveň umožňuje posoudit, zda a do jaké míry by byly jednotlivé nádrže na LAPV schopny tyto změny kompenzovat, zvláště vzhledem k možným změnám časového i plošného rozložení množství srážek.

Uvažované scénáře změny klimatu využívají nejnovější simulace klimatických modelů, které byly provedeny v rámci projektu CMIP5 (Taylor aj., 2012), respektive navazujícího projektu CORDEX (Giorgi aj., 2006). Projekt CMIP5 poskytuje výstupy globálních klimatických modelů (prostorové rozlišení 100 km a více) pro dlouhá časová období (standardně 1850–2100), což umožňuje vyhodnocení simulované dlouhodobé variability srážek, teploty i odtoku. Regionální klimatické modely z projektu CORDEX mají podstatně lepší prostorové rozlišení (50 km a 11 km), nicméně jsou dostupné zpravidla pro období 1950–2100. Simulace z obou projektů využívají scénáře vývoje koncentrací skleníkových plynů (RCP) (Meinshausen aj., 2011) a v případě obou projektů jsou dostupné desítky simulací. Simulace jsou upraveny pomocí standardních metod statistického downscalingu (např. Hanel a Vizina, 2013) tak, aby je bylo možno využít pro hydrologické modelování. Zároveň jsou využity referenční scénáře změny klimatu, které jsou výstupem projektu TAČR Podpora dlouhodobého plánování a návrhu adaptačních opatření v oblasti vodního hospodářství v kontextu změn klimatu viz rscn.vuv.cz.

Hydrologická bilance pro profily LAPV

Povodí dané profilem LAPV se ve většině případů neshoduje s povodím, které je uzavřené vodoměrnou stanicí ČHMÚ. Neexistují tedy pro něj měřené průtoky. Hydrologická bilance v profilech LAPV je tak počítána pomocí konceptuálního modelu Bilan v měsíčním kroku s využitím hydrologické analogie. Bilan je nakalibrován na povodí s měřenými průtoky (analogon) a parametry takto nakalibrovaného modelu jsou přeneseny na povodí LAPV.

Hlavním výstupem modelování je celkový odtok z povodí LAPV, který pak slouží jako vstup při řešení vodohospodářské bilance. Pro spolehlivější výpočet bilance byly použity co možná nejdelší pozorované řady hydrometeorologických veličin.

Data

Vzhledem k potřebě interpolovat srážky a teplotu vzduchu na 65 povodích nepravidelně rozprostřených po celé ČR byly vytvořeny rastry srážek a teploty v pravidelné síti. Pro oblast Čech byl vytvořen rastr měsíčních srážek z historických staničních dat v období 1879–2003. Pro interpolaci byla použita metoda respektující variabilitu v ploše i nadmořskou výšku. Pro vytvoření rastru teploty byl využit dataset pocházející od Climatic Research Unit (viz Harris a Jones, 2014), který byl pro ČR přeprojektován do pravidelné sítě 2 × 2 km a korigován podle výškového gradientu 0,65 °C/100 m. Vznikl tak rastr měsíční teploty pro území ČR pro období 1901–2013.

Pro simulaci hydrologické bilance v LAPV ležících na území Čech byly použity srážky a teplota z období 1901–2010. Srážky a teplota v období 1901–1960 pochází z námi vytvořených rastrů. Data z období 1961–2010 pochází z rastru vytvořeného Štěpánkem aj. (2011), který má rozlišení 25 × 25 km. Na území Moravy a Slezska byla pro simulaci hydrologické bilance použita pouze data od Štěpánka aj. (2011) z období 1961–2010.

vzorec1

Srážky i teplota vzduchu z námi vytvořených rastrů byly validovány s historicky interpolovanými daty na povodí i s rastrovými daty od Štěpánka aj. (2011). Obecně jsou všechny datové zdroje konzistentní, v případě rozporů byly individuálně zvoleny nejvěrohodnější datové zdroje.

Kalibrace modelu Bilan

Bilan (viz Vizina aj., 2015) je konceptuální model hydrologické bilance, který je řízen osmi parametry. Srážky jsou transformovány na odtok pomocí soustavy lineárních nádrží. Více o modelu lze nalézt na bilan.vuv.cz.

Jak již bylo uvedeno výše, Bilan byl kalibrován nejprve na analogon, který byl vybrán tak, aby povodí LAPV bylo jeho součástí anebo se nacházelo v bezprostřední blízkosti. Tím je zaručen předpoklad stejných parametrů a výparů na analogonu i povodí LAPV. Následně byly parametry z analogonu přeneseny na povodí LAPV. Interpolované srážky a teplota vzduchu na povodí LAPV sloužily jako nový vstup do již nakalibrovaného modelu (z analogonu), výsledkem simulace jsou řady odtoků v profilech LAPV.

Tabulka 1. Počty LAPV v jednotlivých oblastech povodí
Table 1. The number of LASW in each river basin district of the Czech Republic
Název oblasti povodíPočet LAPVCelkový potenciální objem [mil. m3]Průměrný potenciální objem [mil. m3]
Oblast povodí horního a středního Labe13138,510,7
Oblast povodí horní Vltavy797,413,9
Oblast povodí Berounky10233,223,3
Oblast povodí dolní Vltavy656,99,5
Oblast povodí Ohře a dolního Labe694,915,8
Oblast povodí Odry3322,9107,6
Oblast povodí Moravy11390,935,5
Oblast povodí Dyje9134,214,9

Vyhodnocení vodohospodářské bilance

Uvažované indexy

Vodohospodářská (VH) bilance byla řešena pro celé potenciální objemy navrhovaných nádrží. Bylo provedeno zjednodušené VH řešení (rovnice 1 až 3), kde se hledal maximální možný odběr se 100 % zabezpečením pro daný potenciální objem. Výpar z hladiny nádrže uvažován nebyl. Výpočet byl proveden v měsíčním kroku na historických průtocích simulovaných Bilanem, pro LAPV v Čechách za období 1901–2010, na Moravě a Slezsku pak za období 1961–2010.

Pro povodí 3. řádu byla provedena analýza deficitních objemů z měsíčních průtoků za období 1981–2010. Cílem bylo zjistit, jak velký deficit vznikne, kdyby každé povodí mělo kompenzovat odběr daný součtem odběrů podzemních a povrchových vod, vypouštění a minimálního zůstatkového průtoku (MZP), viz rovnici (4). MZP vypočtený z měsíčních průtoků podle rovnice (5) odpovídá hodnotám MZP počítaných na základě nové metodiky, kterou zpracoval Balvín aj. (2015) pro denní průtoky. Deficitní objemy pro jednotlivá povodí jsou počítána za pomoci rovnic (1) a (2), kde přítok je průtok
v závěrovém profilu povodí a odtok je odběr definovaný rovnicí (4). Pro každý rok je posléze vybrán maximální deficit. Deficity, které se rovnají nule, nejsou uvažovány.

Troutman (1976, v McMahon aj., 2007) uvádí, že pokud α < 1, viz rovnici (10), tak maximální deficit má zpravidla Gumbelovo (EV1) rozdělení. Při vykreslení deficitu jako závislosti na redukované proměnné Gumbelova rozdělení y je vidět lineární vztah, jak ukazuje obr. 2. N-letý deficit se pak vypočte s využitím koeficientů z regresní přímky a redukované proměnné pro N let yN.

vzorec2

Kromě VH řešení byly spočteny dva základní indexy charakterizující VH nádrže – koeficient nalepšení α a standardizovaný přítok m, který např. Vogel a Bolognese (1995) označují jako index odolnosti. Ukázali, že nádrže, které mají m < 0,2, mají tendenci se naplňovat několik let nebo i desetiletí v případě, že nastane porucha. Podle m lze také rozlišit nádrže se sezonním nebo víceletým řízením. Pokud m ≥ 1 nebo m ≥ Cv, lze nádrž chápat jako sezonní, v opačném případě jako víceletou. Obě pravidla jsou konzistentní, jak ukázali McMahon aj. (2007). Indexy definují rovnice (10) a (11).

vzorec3

Pokud rozdělíme nádrže na základě m, vyjde, že sezonní řízení připadá na 27 lokalit, které se nacházejí převážně na území Čech. U ostatních 38 nádrží by bylo pravděpodobně řízení víceleté.

fig2

Obr. 2. Maximální deficitní objemy [mil. m3] na povodí Divoké Orlice s vyznačeným 20letým deficitem spočteným podle regrese a jeho intervalem spolehlivosti; červeně je deficit spočtený lineární aproximací
Fig. 2. Maximum deficit volumes [mil. m3] for Divoká Orlice catchment; the 20-year deficit volume estimated from linear regression together with the corresponding 90 % confidence interval and the empirical estimate (red)
fig3
Obr. 3. Potenciální objemy nádrží na LAPV [mil. m3]; černě je znázorněna síť povodí 3. řádu; modře jsou připojeny nádrže na LAPV
Fig. 3. Potential volumes of reservoirs at LASW [mil. m3] and connection of the reservoirs into the system of 3rd order catchments; black lines represent the system of 3rd order catchments; reservoirs at LASW are connected with blue lines

Předběžné vyhodnocení potenciálu nádrží na LAPV

Na obr. 3 jsou znázorněné potenciální dostupné objemy (Vpot) nádrží na LAPV. Nejvyšší kapacitu mají LAPV na Moravě – tj. Spálov na Odře (280 mil. m3), Hoštejn na Březné (170 mil. m3), Hanušovice na Moravě (140 mil. m3) a Čučice na Oslavě (53 mil. m3). Další lokality s vyššími potenciálními objemy se nacházejí v povodí horní Ohře (např. Chaloupky, Dvorečky), Mže (Šipín, Kladruby), Střely (Strážiště) a Berounky (Amerika). Průměrný potenciální objem je 23 mil. m3, pět nádrží má potenciální objem nižší než 5 mil. m 3 (Písečná na Potočnici, Doubravčany na Výrovce, Hrachov I na Brzině, Mětikalov na Liboci a Kryry na Podvineckém potoce).

Pro představu o zabezpečenosti zásobního objemu byl vyčíslen i odběr, který je možno dodávat se 100 % zabezpečeností V100% z rovnice (3). Porovnání V100% [mil. m3/rok] s potenciálním objemem nádrží Vpot [mil. m 3] udává obr. 4 (nahoře). Pro 16 LAPV tvoří V100% méně než polovinu potenciálního objemu, to se týká i výše jmenovaných velkých nádrží Hoštejn a Spálov. Naopak, pro 18 LAPV je V100% stejný nebo větší než V pot.

Dalším ukazatelem zabezpečenosti potenciálního objemu je koeficient m z rovnice (11). V případech, kdy je m malé (např. < 0,2 – tj. koeficient variace je v porovnání s relativním nalepšením velký), může docházet k problémům se znovu naplněním nádrže po poruše. Hodnotu koeficientum ukazuje obr. 4 (dole). Zejména pro LAPV nacházející se na severovýchodě ČR vycházejí hodnoty nižší než 0,2. V sadě pěti lokalit sm < 0,2 jsou opět velké nádrže Hoštejn a Spálov. Z nádrží, pro které vycházel nepříznivý poměr V100%/V pot , je to dále Spálené na Opavici.

fig4

Obr. 4. (nahoře) Poměr V100% [mil. m3/rok] a Vpot [mil. m3]; (dole) koeficient mrovnice (11); černě je znázorněna síť povodí 3. řádu; modře jsou připojeny nádrže na LAPV
Fig. 4. (above) Ratio V100% [mil. m3/year] to Vpot [mil. m3]; (below) koefficient m from eq. (11); black lines represent the system of 3rd order catchments; reservoirs at LASW are connected with blue lines

Efektivita nádrže není dána pouze pravděpodobností, s jakou nádrž dokáže zabezpečit určitý odběr, ale lze ji chápat i ve vztahu k možnosti kompenzace deficitu v příslušném povodí, dále po toku nebo v případě převodu vody také v přilehlých povodích. Předpokladem takového hodnocení nádrží je i vyčíslení příslušných deficitů v území, jelikož ty spoluurčují optimální zásobní objem. Pro toto řešení jsme využili výsledků projektu Strategie ochrany před negativními dopady povodní a erozními jevy přírodě blízkými opatřeními v České republice, konkrétně odhady hydrologické bilance pro povodí 3. řádu včetně užívání vod (Beran a Hanel, 2015), které umožňují vyčíslení deficitů včetně jejich rozdělení pravděpodobnosti (viz kapitolu Uvažované indexy).

Na obr. 5 jsou znázorněny odhady pětiletého a dvacetiletého nedostatkového objemu [mil. m3]. Vysoké nedostatkové objemy pro povodí 3. řádu často korespondují s intenzivním užíváním vod (např. povodí 1-05-03 – Jizera od Klenice po ústí, 1-09-02 – Želivka, 4-13-02 – Morava od Olšavy po Myjavu).

fig5

Obr. 5. Odhad nedostatkových objemů s dobou opakování 5 a 20 let; černě je znázorněna síť povodí 3. řádu
Fig. 5. Estimated 5- and 20-years deficit volumes [mil. m3]; black lines represent the system of 3rd order catchments

Schopnost nádrží na LAPV kompenzovat tyto nedostatkové objemy byla posuzována v několika variantách: (1) deficit pro povodí 3. řádu byl porovnán s objemem nádrží (V100%), které se v tomto povodí nacházejí, (2) deficit pro povodí 3. řádu byl porovnán s objemem všech nádrží ( V100%) nacházejících se v daném povodí a v povodích jeho přítoků a (3) byly navíc uvažovány převody vody. Možné převody vody byly identifikovány automaticky na základě prostorové analýzy tak, že pro každou nádrž byl zaveden převod do maximálně jednoho povodí, jehož hranice je blíž než 50 km od nádrže. Pokud je takových povodí víc, je zvoleno povodí s nejvyššími deficity. Toto řešení je pouze orientační, jelikož předpokládá, že veškerá voda z relevantních nádrží (podle variant (1)–(3)) je dostupná pro kompenzaci nedostatkového objemu na daném povodí 3. řádu. Poměr nedostatkového objemu po kompenzaci k původnímu nedostatkovému objemu uvádí obr. 6 (nahoře pro variantu (1)+(3), dole pro variantu (2)+(3)), účinek převodů je znázorněn též.

fig6

Obr. 6. Velikost nedostatkového objemu, který není možno kompenzovat nádržemi na LAPV nacházejícími se v příslušném povodí 3. řádu (nahoře) a nádržemi přispívajícími do příslušného povodí (dole); černě je znázorněna síť povodí 3. řádu; modře jsou připojeny nádrže na LAPV; možné převody vody jsou znázorněny červeně; výsledky bez uvažovaných převodů jsou vyznačeny pomocí kruhů bez ohraničení
Fig. 6. Fraction of deficit volume that cannot be compensated by reservoirs at LASW from the respective 3rd order catchment (above) and together with all reservoirs upstream (below); black lines represent the system of 3rd order catchments; reservoirs at LASW are connected with blue lines; possible water transfers are indicated by red lines

Za těchto zjednodušených předpokladů platí, že kromě povodí, na kterých se LAPV nenachází, jsou deficity relativně účinně kompenzovány. Nicméně pro osm povodí 3. řádu (1-05-01 – Jizera po Kamenici a Kamenice, 1-05-02 – Jizera od Kamenice po Klenici a Klenice, 1-07-02 – Rybná a Lužnice od Rybné po Nežárku, 4-16-01 – Jihlava po Oslavu, 4-15-02 – Svitava, 2-02-02 – Moravice, 2-03-01 – Ostravice,
4-11-01 – Vsetínská Bečva a Rožnovská Bečva) lze pětiletý i dvacetiletý nedostatkový objem kompenzovat pouze s využitím převodů.

Závěr

Byly shromážděny dostupné meteorologické a hydrologické podklady pro stanovení hydrologické a vodohospodářské bilance pro nádrže na LAPV. Pro tyto nádrže byly stanoveny základní vodohospodářské ukazatele a byl odvozen 100 % zabezpečený objem. Ten byl porovnán s objemem potenciálním. Pro povodí 3. řádu byly odhadnuty pětileté a dvacetileté nedostatkové objemy (uvažováno bylo i užívání vod včetně zachování minimálního zůstatkového průtoku). Tyto nedostatkové objemy byly porovnávány se 100 % zabezpečenými objemy nádrží v příslušných povodích i v povodích do těchto povodí přispívajících.

Hlavní poznatky lze shrnout následovně:

  • pro pozorované období jsou vysoké nedostatkové objemy (z hlediska plošného rozložení) primárně spojené s užíváním vody;
  • většina nedostatkových objemů může být teoreticky kompenzována pomocí nádrží na LAPV;
  • vyčíslení reálné schopnosti kompenzace nedostatkových objemů vyžaduje podrobnější řešení;
  • optimální objemy nádrží na LAPV mohou být v řadě případů odlišné od objemů potenciálních.

Prezentované řešení učinilo řadu zjednodušujících předpokladů, které budou do jisté míry eliminovány v průběhu dalšího řešení projektu.

Poděkování

Tento článek vznikl v rámci řešení projektu Možnosti kompenzace negativních dopadů klimatické změny na zásobování vodou a ekosystémy využitím lokalit vhodných pro akumulaci povrchových vod (TA04020501), který je spolufinancován Technologickou agenturou České republiky.

Posted by & filed under Hydraulika, hydrologie a hydrogeologie.

Souhrn

Článek prezentuje zkušenosti s měřením vodních stavů (zejména nízkých) v přirozených říčních korytech prostřednictvím soustavy čidel zaznamenávajících hydrostatický tlak a tlak vzduchu. Jsou představeny postupy řešení nežádoucího ovlivnění vodního stavu přirozenými, umělými a nahodilými jevy a dále popsány nejistoty spojené s vyčíslením průtoků na základě měření průtoku hydrometrickou vrtulí a pomocí Chézyho rovnice. Dlouhodobé výsledky prokázaly, že uvedená metoda měření vodních stavů je vhodným a přesným nástrojem pro měření malých průtoků v nepozorovaných profilech.

Úvod

Pro účely několika projektů, řešených v rámci výzkumné činnosti Výzkumného ústavu vodohospodářského, v.v.i., bylo v letech 2012–2015 v rámci ČR zřízeno přes sto vodoměrných stanic, osazených soustavou tlakových čidel (firma Solinst), umožňujících záznam výšky vodního sloupce jako funkci hydrostatického tlaku vody (čidlo levelogger) kompenzovaného na tlak vzduchu při vodní hladině (čidlo barologger).

Na počátku projektu vždy proběhl předběžný výběr potenciálního umístění vodoměrných stanic na tocích podle cílených hydrografických a hydrogeologických podmínek. Přesné umístění stanic spojené s výběrem vhodného měrného hydrologického profilu, včetně jeho následného geodetického zaměření, bylo následně provedeno in situ. Při výběru umístění stanice bylo postupováno v souladu s hydrologickou praxí, aby se minimalizovaly rušivé vlivy ovlivňující výšku zaznamenávaného vodního stavu a pravidelné měření průtoku pomocí hydrometrické vrtule (ČSN EN ISO 748), nebo výšky přepadového paprsku (ČSN ISO 3846) (prizmatické koryto, dostatečná hloubka průtočného profilu a rychlost proudění vody v průtočném profilu, vodoměrný profil bez vegetace, vhodný přístup apod.).

Za dobu trvání projektu byl na jednotlivých stanicích získán téměř tříletý kontinuální záznam výšky hladiny vody nad čidlem (v hodinovém kroku), zavěšeným na řetízku známé délky v ochranném kovovém tubusu opatřeném vodočtem (vodní stav byl pro další účely vždy vztažen k nule na vodočtu) a připevněném ke dnu a bokům říčního koryta, případně k tělesu hráze Thomsonova přelivu. I přes výše uvedená opatření bylo u naprosté většiny vodoměrných stanic nutné přistoupit k vyčištění datových řad, ovlivněných obzvlášť extrémními přírodními podmínkami (zejména ledové jevy), ale i dalšími antropogenními (např. stavba mostu, zcizení barologgeru), technickými (nahodilé chyby měření) a náhodnými vlivy (pád větvě do profilu, zanesení profilu po povodni apod.). Po stažení dat bylo při vracení leveloggeru do tubusu rovněž nutné se vyvarovat vzpříčení sondy v tubusu nebo jejího protočení v karabině spojující víčko sondy s řetízkem tak, aby byla zachována stále stejná vzdálenost čidla k nule na vodočtu. Vyčíslení průtoků z vyčištěných datových řad bylo dále spojeno s odpovídající mírou nejistoty při sestavování příslušné konsumpční křivky.

Ledové jevy a nahodilé chyby měření

Na 80 % stanic došlo při poklesu průměrné denní teploty vody pod 0 °C k ovlivnění vodního stavu změnou tlakových podmínek proudění vody pod ledem (obr. 2). Tento stav byl nejčastěji charakterizován prudkým nárůstem a kolísáním vodního stavu bez ohledu na charakter hydrogramu z předchozích dnů (obr. 1).

Pro odstranění tohoto vlivu byl určující vodní stav před zamrznutím (průměrná denní teplota vody ~0 °C) a po kompletním rozmrznutí hladiny (průměrná denní teplota vody > 1 °C), kde mezilehlé vodní stavy, odpovídající době zámrzu hladiny, byly z důvodu absence vhodných analogonů dopočítány aritmetickým průměrováním obou odlehlých hodnot v závislosti na délce zámrzu a s ohledem na charakter hydrogramu před zámrzem a po zámrzu vodní hladiny (korekce K1–K4 a K6 na obr. 1).

zkusenosti-1

Obr. 1. Hydrogram stanice Oskava-Dolní Libina s vyznačením korekcí vlivu ledových jevů a nahodilých chyb měření
Fig. 1. Hydrograph of Oskava-Dolní Libina hydrometric station showing the correction of the ice-induced and random errors
zkusenosti-2
Obr. 2. Vodoměrná stanice VÚV v profilu Oskava-Dolní Libina (severní Morava)
Fig. 2. TGM Water Research Institute (TGM WRI) hydrometric station at Oskava-Dolní Libina (northern Moravia)

Především v letních měsících byly v období nízkých průtoků zaznamenávány četné nahodilé chyby měření, spočívající v náhlém, dočasném (hodinovém) poklesu vodního stavu o několik cm, které nebylo v harmonii s vodními stavy zaznamenanými před a po poklesu. Příslušný chybný vodní stav byl pak nahrazen aritmetickým průměrem předchozí a následující hodnoty (korekce K5 a K7 na obr. 1).

Změny v průtočném profilu, antropogenní ovlivnění

Problémy s dočasným snížením průtočnosti profilu a jeho opětovným vyčištěním, spojené s náhlým zvýšením, resp. poklesem vodního stavu, byly zaznamenávány nahodile, především po větších povodních (říční nánosy, naplavené balvany) a u Thomsonových přelivů (pád větve do horní zdrže, vzpříčení větve v přelivu) (obr. 34). V případě, že byl na hydrogramu zřetelně identifikován vzestup a pokles vodního stavu, byl příslušný úsek opraven o hodnotu vzestupu/poklesu hladiny (korekce K4 a K6 na obr. 3).

zkusenosti-3

Obr. 3. Hydrogram vodoměrné stanice P8-Skryjský potok s vyznačením korekcí vlivu dočasného ucpání (omezení) průtočného profilu Thomsonova přelivu povodňovým plávím
Fig. 3. Hydrograph of P8-Skryjský Stream hydrometric station showing the correction of temporal blockage (with flood debris) on Thomson weir
zkusenosti-4
Obr. 4. Vodoměrná stanice P8 osazená Thomsonovým přelivem na štolovém výtoku Skryjského potoka u Dukovan
Fig. 4. P8 hydrometric station fitted with Thomson weir on the undeground effluent of Skryjský Stream at Dukovany (southern Moravia)

Pokud došlo vlivem vyčištění průtočného profilu k poklesu hladiny, přičemž odpovídající vzestup hladiny nebyl jednoznačně identifikován, bylo přistoupeno ke zpětné úpravě původních vodních stavů k nejbližší významné povodňové události aritmetickým průměrováním tak, že na začátku události byl vodní stav ponechán a na konci revidovaného období se již shodoval s hodnotou odpovídající vyčištěnému průtočnému profilu (korekce K1–K3 a K5 na obr. 3). Pro k mezilehlých hodnot byl spočítán průměrný pokles na jednu mezilehlou hodnotu ∆H a ten byl postupně kumulativně odečítán od původních vodních stavů (Hp) dle vztahu:

Hi = Hpi – (i × ∆H), i = 1,2,…,k

Antropogenní ovlivnění datových řad bylo zaznamenáno především ve spojitosti s nepředpokládanou úpravou koryta toku v okolí stanice (revitalizace koryta, rekonstrukce mostu, výstavba jezu – čtyři stanice) a zcizením barometrické sondy (šest stanic), kdy se např. rekonstrukce mostu spojená se stavbou bednění v řečišti projevila obdobným způsobem, jaký řešily korekce K4 a K6 na obr. 3.

zkusenosti-5

Obr. 5. Vodoměrná stanice Šumice-Náměšť na Hané s vyznačenou korekcí po kompenzaci na tlak vzduchu na náhradní vzduchové čidlo na přilehlé stanici Cholinka-Horka nad Moravou
Fig. 5. Šumice-Náměšť na Hané hydrometric station showing the correction after the air pressure compensation based on substitute sensor (because of a loss) from nearby Cholinka-Horka nad Moravou hydrometric station (central Moravia)
zkusenosti-6
Obr. 6. Čidlo Solinst Barologger 3001 firmy určené pro kompenzaci hydrostatického tlaku na tlak vzduchu
Fig. 6. Solinst Barologger 3001 sensor used for compensation of hydrostatic pressure on air pressure

Při zcizení barologgeru (obr. 6) bylo třeba přistoupit ke kompenzaci na tlak vzduchu z barologgeru na nejbližší vodoměrné stanici (v praxi vzdálenost do 15 km). Tlakové změny, dané různou polohou stanic, způsobily změnu vodního stavu typicky v řádu několika centimetrů (obr. 5), což odpovídalo i 10–15 % průměrného vodního stavu ve stanici. Na původní datové řadě, která se dochovala z posledního stažení dat, byla proto zjištěna průměrná odchylka vodních stavů za celou dobu pozorování oproti vodním stavům při využití náhradního barologgeru
(X1–X3 na obr. 5) a výsledná hodnota pak byla započítána všem následně zaznamenaným vodním stavům po odcizení (na obr. 5 např. + 30,3 mm). Specifická poloha obou stanic a s ní spojené změny tlaku vzduchu (v horizontálním i vertikálním směru) se projevily v neúplné shodě mezi původním a náhradním hydrogramem (X4 a X5 na obr. 5), změny se však řádově pohybovaly v prvních jednotkách % měřeného vodního stavu ve stanici a pro účel projektu tak byly dále považovány za nepodstatné.

Vyčíslení průtoků z datových řad

Pro vyčíslení průtoků z vyčištěných datových řad byly využity konsumpční křivky (obr. 9) sestrojené na základě měřených průtoků in situ (cca 12 měření především nízkých a středních vodních stavů) a extrémního průtoku vypočteného podle ČSN ISO 1070 (Chézyho rovnice) pro nejvyšší zaznamenaný vodní stav za celou dobu pozorování (drsnostní parametry koryta a podélný skon koryta zjištěny in situ, plocha průtočného profilu softwarově z geodeticky zaměřeného příčného profilu koryta toku ve stanici) (obr. 8). Konsumpční křivka pro každou stanici je proto tvořena vždy dvěma částmi s vyznačením vodního stavu, kde dochází ke změně výpočtu průtoku, přičemž první část křivky je zprava omezena největším průtokem změřeným in situ a druhá část křivky je empirická, vzniklá proložením největšího změřeného průtoku in situ a průtoku vypočteného pomocí Chézyho rovnice. Pro všechny křivky bylo zvoleno optimalizované proložení prostřednictvím funkce s nejvyšší hodnotou spolehlivosti (koeficient R ve většině případů > 95 %).

zkusenosti-7

Obr. 7. Porovnání hydrogramu z vodoměrné stanice Desná-Rapotín (VÚV) s hydrogramem z vodoměrné stanice Desná-Šumperk (povodí Moravy), ležící 5 km po proudu řeky
Fig. 7. Comparison of Desná-Rapotín hydrometric station (operated by TGM WRI) hydrograph with the hydrograph of Desná-Šumperk hydrometric station (operated by Povodí Vltavy, State Enterprise), situated 5 km downstream (northern Moravia)
zkusenosti-8
Obr. 8. Vodoměrná stanice Desná-Rapotín s vyznačením nejvyššího zaznamenaného vodního stavu (120,5 cm), pro který byl dopočten odpovídající průtok s využitím Chézyho rovnice
Fig. 8. Desná-Rapotín hydrometric station with the highest recorded water level marked for which the respective water flow was calculated using the Chézy formula

Na obr. 7 je zobrazena průtoková řada ve stanici Desná-Rapotín, porovnaná s průtokovou řadou ze stanice Desná-Šumperk (profesionální stanice povodí Moravy), nacházející se cca 5 km níže na toku. Zatímco v oblastech středních (X3 a X4 na obr. 7) a vyšších průtoků (X5 a X6 na obr. 7) je shoda (a tedy i kvalita měření průtoků ve stanici VÚV) téměř dokonalá, u nízkých průtoků je u stanice Desná–Šumperk patrné jejich velké podhodnocení, a to až o 50 % (X1 a X2 na obr. 7).

Vzhledem k zaměření projektu spojenému s důsledným měřením především malých průtoků ve stanicích VÚV lze konstatovat, že pokud mezi oběma stanicemi nedochází k zásadním odběrům vody, bylo by žádoucí zpřesnit měrnou křivku ve stanici Desná-Šumperk pomocí účelového hydrometrování.

zkusenosti-9

Obr. 9. Sestrojená konsumpční křivka pro stanici Desná-Rapotín pro vodní stavy do 48,8 cm a nad 48,9 cm
Fig. 9. Constructed rating curve for Desná-Rapotín hydrometric station for water levels up to 48.8 cm and over 48.9 cm

Závěr

Využití soustavy tlakových čidel ve vodoměrných stanicích Výzkumného ústavu vodohospodářského se vzhledem k jejich mimořádné citlivosti ukázalo jako velice přesný a zároveň spolehlivý způsob měření vodních stavů (včetně extrémně nízkých) na profilech povrchových vod, a to i s ohledem na obtíže, které jsou s měřením vodních stavů a vyčíslením průtoků v nepozorovaných povodích spojeny. Největší nepřesnosti měření vodních stavů byly zaznamenány v souvislosti s pravidelným zamrzáním vodní hladiny v okolí stanice a nahodilými vlivy přírodního i antropogenního původu, které však bylo možné podle zvolené metodiky uspokojivě eliminovat. Nejistota ve vyčíslení průtoků z datových řad byla při použití dané metodiky spojena především s vyššími a povodňovými stavy, u malých a středních průtoků lze výsledky označit za robustní a spolehlivé.

Po praktické stránce se sondy samotné ukázaly jako velice spolehlivý přístroj s minimální chybovostí a velkým pracovním rozsahem (nejmenší interval měření 0,1 s, paměť na 40 000 záznamů, citlivost měření výšky vodního sloupce 0,01 mm, citlivost měření teploty vody 0,01 °C, nevyměnitelná baterie po třech letech provozu vykazovala 99–100 % kapacity, synchronizace času, přehledné uživatelské rozhraní, optický přenos dat). Po stažení dat z dvojice čidel (kvůli kontrole koryta a možnému zcizení barologgeru se provádělo cca 3krát do roka) se pomocí softwaru Solinst Levelogger 4.0.3 provedla příslušná kompenzace na tlak vzduchu, exportovaný soubor typu .csv je možné následně editovat v prostředí MS Office.

Posted by & filed under Hydraulika, hydrologie a hydrogeologie.

Souhrn

V rámci projektu řešeného ve VÚV TGM, v.v.i., Strategie ochrany před negativními dopady povodní a erozními jevy přírodě blízkými opatřeními v České republice byly definovány zranitelné oblasti ČR z hlediska nedostatku vodních zdrojů. Stupeň zranitelnosti byl definován pro povodí 3. řádu jak pro pozorované období 1981–2010, tak pro výhledové časové horizonty 2021–2050 a 2071–2100 pro tři různé scénáře klimatické změny. Hydrologické modely povodí byly sestaveny za použití bilančního modelu BILAN. V článku je popsána metodika prací
a vybrané dílčí výsledky.

Úvod

Článek seznamuje s dílčími výsledky projektu Strategie ochrany před negativními dopady povodní a erozními jevy přírodě blízkými opatřeními v České republice, který je ve VÚV TGM, v.v.i., řešen v posledních letech. Řešení probíhá ve spolupráci s firmami Sweco Hydroprojekt, a.s., Vodohospodářský rozvoj a výstavba, a.s., WASTECH, a.s., a SINDLAR Group, s.r.o.

V rámci projektu byla modelována hydrologická bilance pro povodí 3. řádu pro pozorované klimatické podmínky i scénáře klimatické změny. Dále bylo řešení zaměřeno na identifikaci zranitelných oblastí České republiky z hlediska nedostatku vodních zdrojů.

Nedostatek vodních zdrojů může být způsoben buď přírodními poměry, nebo nadměrným užíváním. V budoucím časovém horizontu lze spíše očekávat změny přírodních poměrů než zásadní změny ve velikosti užívání, nicméně pro některá odvětví může klimatická změna znamenat podstatné zvýšení nároků na vodní zdroje (např. závlahy, chladicí voda). Z tohoto důvodu byla v projektu vyhodnocována klimatická změna na základě indexů zahrnujících také užívání vod, případné změny v budoucím užívání jsou zanedbány.

Pro sucho je charakteristický jeho pozvolný začátek, značný plošný rozsah a dlouhé trvání (Tallaksen aj., 1997). Neudržitelný způsob hospodaření s vodou (včetně její nadměrné spotřeby a znečištění) a předpokládané dopady klimatické změny mohou vést k rozsáhlým dopadům na přírodní prostředí a na společnost. V článku jsou identifikovány oblasti ČR, které jsou a které s nejvyšší pravděpodobností budou k problémům s nedostatkem vody náchylné z hlediska předpokládaných klimatických změn.

Data a metody

Hydrologická bilance

Pro odhad hydrologické bilance pomocí modelu Bilan je nezbytné mít k dispozici (vstupní) časové řady srážek a teploty vzduchu a pro kalibraci modelu i pozorovaný odtok. V případě, že odtok pro území, pro které chceme odhadovat složky hydrologické bilance, není znám (jako v případě povodí 3. řádu), je možné postupovat v zásadě dvěma způsoby:

  • odvození odtoku pro zájmové území pomocí odčítání a sčítání odtoků z dílčích povodí, popř. s využitím hydrologické analogie (tj. přepočet odtoku pomocí velikosti plochy) nebo
  • modelování hydrologické bilance pro dílčí povodí a následné průměrování jednotlivých složek na základě velikosti překryvu dílčího povodí s povodím 3. řádu.

První způsob umožnuje kalibraci hydrologického modelu přímo pro povodí 3. řádu. Nicméně odtoky odvozené odečítáním průtoků z dílčích povodí jsou značně ovlivněny chybami měření, v jejichž důsledku často dochází k výskytu záporných hodnot, a takto odvozené řady často neumožňují spolehlivou kalibraci hydrologického modelu. V obou případech je nezbytné mít k dispozici odtoky z povodí, která jsou relevantní pro posuzované povodí 3. řádu. Zpravidla jde o povodí, která alespoň částečně překrývají povodí 3. řádu.

Pro účely této práce jsme zvolili druhý způsob, tj. pro každé povodí 3. řádu jsou vyhledána pozorovaná povodí, která mají s posuzovaným povodím společnou plochu. Pro tato povodí jsou odvozeny časové řady srážek a teploty a je nakalibrován hydrologický model Bilan. Jednotlivé složky hydrologické bilance pro povodí 3. řádu jsou pak spočteny jako vážený průměr dotčených dílčích povodí, přičemž váhy jsou úměrné ploše překryvu dílčího povodí s povodím 3. řádu.

Pro kalibraci hydrologického modelu byly využity měsíční časové řady srážek a teploty pro období 1961–2010. Tyto řady byly odvozeny z datasetu gridovaných srážek a teploty v rozlišení 25 x 25 km. Pro jednotlivá povodí byla interpolací Thiessenovými polygony spočítána průměrná srážka na povodí, která byla následně korigována na základě vrstvy průměrných srážek (stejné období, rozlišení 1 x 1 km, pro toto rozlišení byly k dispozici pouze dlouhodobé průměry) tak, aby průměr srážek pro povodí byl stejný. Podobně byla korigována i teplota – průměrná teplota na povodí z gridované vrstvy byla opravena na základě rozdílu v nadmořské výšce odvozené z gridované vrstvy a z digitálního modelu terénu, přičemž byl uvažován gradient teploty 0,65 °C/100 m.

Pro každé z povodí 3. řádu (na území ČR celkem 120 povodí) byla vybrána pozorovaná povodí aspoň částečně překrývající hodnocené povodí 3. řádu. Pro povodí 3. řádu, pro která nebyla žádná měření k dipozici (zejména malá povodí na hranicích republiky – celkem 19 povodí), byly analogony přiřazeny ručně. Pro dílčí povodí pak byla modelována hydrologická bilance pomocí modelu Bilan. Pro výpočet výsledné bilance (vážený průměr dílčích povodí) byla velikost překryvu dílčího povodí s povodím 3. řádu vztažena jednak k velikosti povodí 3. řádu, jednak k velikosti dílčího povodí. Ideálně bychom chtěli, aby celé povodí bylo pokryto dílčím povodím a zároveň aby dílčí povodí nebylo významně větší než povodí 3. řádu. Postup je podrobněji rozepsán ve zprávě Hanel aj., 2015b.

Pro výpočet hydrologické bilance byl použit model Bilan s měsíčním krokem výpočtu. Model má osm volných parametrů, 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 – přímého, hypotermického a základního odtoku (Horáček, 2009; Máca aj., 2013; Vizina a Horáček, 2015).

Scénáře klimatické změny

Modelování dopadů klimatické změny na hydrologickou bilanci bylo provedeno pro povodí 3. řádu celé ČR, za tímto účelem byla odvozena řada scénářů změny klimatu. Tyto scénáře byly založeny na 15 simulacích regionálních klimatických modelů (RCM), které jsou výstupem projektu ENSEMBLES. Součástí tohoto souboru modelů jsou i referenční scénáře změny klimatu, které byly identifikovány v rámci projektu TA02020320 Podpora dlouhodobého plánování a návrhu adaptačních opatření v oblasti vodního hospodářství v kontextu změn klimatu. Tyto scénáře jsou dále označovány jako rSCEN1 (pesimistický), rSCEN2 (neutrální) a rSCEN3 (optimistický). Právě tyto scénáře byly použity pro odhad zranitelnosti povodí z hlediska nedostatku vody. Tvorba scénářů klimatické změny je podrobně popsána ve zprávě Hanel aj. (2015a), použití simulací regionálních klimatických modelů pro hydrologické modelování je popsáno v Hanel aj. (2010).

Indexy zranitelnosti povodí

Pro porovnání jednotlivých povodí z hlediska zranitelnosti vůči nedostatku vodních zdrojů byly pro každé povodí 3. řádu stanoveny níže uvedené indexy, vycházející z měsíčních řad. Vstupními daty pro jejich výpočet jsou pozorované řady o užívání vod spolu s řadami potenciální evapotranspirace, srážek, minimálního zůstatkového průtoku a 90 % kvantilu průtoku spolu s budoucími řadami podle scénářů klimatické změny rSCEN1, rSCEN2 a rSCEN3 (Hanel aj., 2015a). Každý index byl spočítán pro pozorované období 1981–2010, dále pak pro výhledové období 2021–2050 a 2071–2100, pro každý scénář zvlášť.

Posuzované indexy byly následující:

zranitelne-oblasti-vzorec1

Výsledky

Na základě posouzení probíhajících změn a odhadu změn pro dvě budoucí období podle referenčních scénářů klimatické změny a na základě souboru simulací regionálních klimatických modelů lze konstatovat následující. Pozorované změny obecně spíše nejsou statisticky významné, výjimkou je růst teploty (kromě podzimu), zvyšování jarní a roční evapotranspirace, zvyšování celkového odtoku v zimním období v jižních Čechách a pokles zásoby vody v půdě v jarním období. Pro časový horizont 2021–2050 často nejsou projektované změny statisticky významné, přinejmenším z hlediska vyhodnocení celého souboru klimatických modelů.

V případě jednotlivých simulací se statisticky významné změny projevují relativně často. Pro vzdálenější časový horizont 2071–2100 jsou změny v celém souboru modelů často statisticky významné, především v jednotlivých ročních obdobích. Naopak změny roční bilance jsou často nejisté. Mezi robustní změny lze zařadit zejména: růst teploty ve všech ročních obdobích, zvyšování zimních a snižování letních srážek, růst jarní a zimní evapotranspirace, pokles zásoby vody v půdě v letním období, v roční bilanci a částečně i v jarním období. Z hlediska roční bilance jsou změny srážek, celkového a základního odtoku značně nejisté. Na obr. 1 jsou vidět změny ve srážkách v souboru klimatických modelů pro časový horizont 2071–2100. Na obr. 2 jsou uvedeny změny celkového odtoku pro časový horizont 2071–2100.

zranitelne-oblasti-obr1

Obr. 1. Simulované změny srážek v souboru klimatických modelů (vlevo), graf vpravo ukazuje procento simulací se statisticky významnými změnami (na hladině významnosti 0,1) k časovému horizontu 2071–2100
Fig. 1. Simulated seasonal and annual mean changes in precipitation in the climate model ensemble (left), the percentage of statistically significant simulated changes (at the 0.1 significance level) for the time horizon 2071–2100
zranitelne-oblasti-obr2
Obr. 2. Simulované změny celkového odtoku na povodích 3. řádu pro časový horizont 2071–2100 (RM – modelovaný odtok)
Fig. 2. Simulated changes in total runoff for the time horizon 2071–2100

Výsledky modelování změn jednotlivých členů hydrologické bilance, vyjádřené indexy určujícími míru zranitelnosti povodí, byly doplněny o průměrnou hodnotu z indexů PP, WPP_ a WQ90_ (sečteno a vyděleno třemi). Všech šest výsledných indexů bylo kategorizováno do čtyř skupin na oblasti bezproblémové, mírně, středně a velmi zranitelné z hlediska dostupnosti vodních zdrojů. Výsledky pro pozorované období ukazují jako velmi zranitelné oblasti ČR jižní Moravu a západní část středočeského kraje. V těchto oblastech jsou nízké průměrné srážky a vysoká potenciální evapotranspirace. Výsledky z projekcí pro roky 2021–2050 a 2071–2100 tyto oblasti rozšiřují pro pesimistický scénář (rSCEN1) a zanechávají pro optimistický scénář klimatické změny (rSCEN3). Je tedy zřejmé, že volba scénáře je stěžejní, nicméně lze říci, že ke zlepšení neinklinuje ani nejoptimističtější scénář. Na obr. 35 lze vidět mapy indexů zranitelnosti povodí pro pozorované období 1981–2010, scénář rSCEN1 (2071–2100) a scénář rSCEN3 (2071–2100). Podrobné výsledky jsou uvedeny ve zprávě Hanel aj., 2015b.

zranitelne-oblasti-obr3

Obr. 3. Posouzení zranitelnosti povodí 3. řádu z hlediska nedostatku vody pomocí vybraných indexů pro pozorované období (1981–2010)
Fig. 3. Observed period (1981–2010)
zranitelne-oblasti-obr4
Obr. 4. Posouzení zranitelnosti povodí 3. řádu z hlediska nedostatku vody pomocí vybraných indexů pro výhledové období (2071–2100) pro scénář rSCEN1
Fig. 4. Scenario period (2071–2100) for the rSCEN1 scenario
zranitelne-oblasti-obr5
Obr. 5. Posouzení zranitelnosti povodí 3. řádu z hlediska nedostatku vody pomocí vybraných indexů pro výhledové období (2071–2100) pro scénář rSCEN3
Fig. 5. Scenario period (2071–2100) for the rSCEN3 scenario

Závěr

Na základě scénářů klimatické změny byly modelovány předpokládané změny základních členů hydrologické bilance, a to pro časové horizonty 2021–2050
a 2071–2100. Výsledky potvrzují dosavadní prognózy, a sice zvyšování teploty vzduchu a změny v rozložení srážek v jednotlivých ročních obdobích. Tyto změny vycházejí statisticky významné zejména pro vzdálenější časový horizont 2071–2100. Zároveň byly definovány indexy definující zranitelnost oblasti povodí z hlediska možného nedostatku vodních zdrojů. V pozorovaném období 1981–2010 byly určeny jako zranitelné oblasti jižní Morava a západní části středočeského kraje. Modelované výsledky pro budoucí časové horizonty, je možno říci, toto varování zpřísnily a plošně rozšířily. Bylo potvrzeno, že ani v případě následování optimistického scénáře vývoje klimatu nebude docházet k výraznému zlepšení situace, co se týká ohroženosti vůči nedostatku vodních zdrojů.

Poděkování

Článek vznikl na základě výzkumu prováděného v rámci projektu Strategie ochrany před negativními dopady povodní a erozními jevy přírodě blízkými opatřeními v České republice, který je spolufinancován Evropskou unií – Evropským fondem pro regionální rozvoj, Státním fondem životního prostředí ČR a Ministerstvem životního prostředí ČR v rámci Operačního programu Životní prostředí. Scénáře změny klimatu byly vytvořeny v rámci projektu TA02020320, který byl spolufinancován Technologickou agenturou ČR.

Posted by & filed under Hydraulika, hydrologie a hydrogeologie.

Souhrn

Příspěvek se zabývá sledováním změn v časových řadách hydrologických bilančních veličin pomocí detekce trendu. K dispozici byla řada různých datových sad, jako jsou data ze zpracování Hydrologické bilance množství a jakosti vody ČR, stanovení přírodních zdrojů podzemních vod a režimu podzemních vod. Tato kombinace dat různých veličin a časových měřítek umožňuje komplexně sledovat případné změny hydrologického cyklu. Jakkoli se jedná o relativně krátké řady délky několika desetiletí, jejich výhodou je podobné zpracovávané období, a tedy možnost vzájemného porovnání. K detekci trendu byl použit Mann-Kendallův test s korekcí autokorelace 1. řádu. Existence, velikost a plošná distribuce trendu byla popsána v řadách měsíčních a ročních srážkových úhrnů, teplot vzduchu, evapotranspirace, odtoku a dalších veličin, dále v měsíčních a ročních průměrech a minimech denních průtoků a základního odtoku a také vydatností pramenů a stavů hladin ve vrtech.

Úvod

Snaha pozorovat a vyhodnocovat složky hydrologické bilance stála již u zrodu pravidelných pozorování vodních stavů na našem území. V souvislosti se současnou diskusí o existenci, vývoji a dopadu klimatické změny na vodní zdroje nám tato úloha nabízí další perspektivu. Můžeme si totiž položit otázku, zda a jakým způsobem se složky hydrologické bilance vyvíjely v době pravidelného instrumentálního měření a zda jsou případné změny v souladu s odhady budoucího vývoje klimatu a jeho dopadů. K odpovědi na první část otázky jsme se pokusili přispět s využitím testování existence monotónního lineárního trendu v časových řadách některých vybraných bilančních veličin.

Důvodem použití relativně krátkých časových řad od počátku 70. nebo 80. let do současnosti je jejich příprava a využití v rámci různých pravidelných výkazů ČHMÚ, jakými jsou například každoroční zpráva Hydrologická bilance množství a jakosti vody ČR, stanovení přírodních zdrojů podzemních vod nebo režim podzemních vod v daném roce. Jakkoli se jedná o relativně krátké třiceti až čtyřicetileté řady, jejich výhodou je, že podobné zpracovávané období umožňuje jejich vzájemné porovnání.

Pro celé území ČR hodnotili změny bilančních veličin v poslední době Hanel aj. (2011) v rámci odhadu dopadů klimatické změny na hydrologickou bilanci, a to prostřednictvím rozdílů mezi průměry v období 1961–1980 a 1981–2005. Byl pozorován především nárůst teplot v ročním průměru o asi 0,6–1,2 °C. Růst teplot vede k růstu potenciální evapotranspirace o řádově 5–10 % na jaře a v létě. Růst potenciální evapotranspirace je na velké části území ČR kompenzován růstem srážek. V roční bilanci činí tento nárůst až 10 %. Z rozdílu srážek a potenciální evapotranspirace vyplývá zhoršení vodní bilance na jaře v Čechách a v létě na Moravě (především severní) a na podzim zlepšení vodní bilance na celém území ČR kromě Polabí, kde ke změně bilance nedochází.

Trendy v řadách sedmidenních klouzavých minim průtoků ve 144 vodoměrných stanicích v období 1961–2005 se zabývali Fiala aj. (2010). V letním období zjistili trend poklesu minim u 12 % stanic, které byly soustředěny v povodí horní a části střední Moravy a dále se vyskytovaly v několika povodích levostranných přítoků středního Labe. Pouze u jedné stanice byl zjištěn trend nárůstu letních minim. Naopak v minimech zimního období nalezli statisticky významný pozitivní trend u 14 % stanic. Jednalo se o stanice v horských oblastech. Nárůst zimních minimálních průtoků autoři připisují teplejším zimám s větším podílem kapalných srážek.

Hodnocením trendů vydatností pramenů v období 1971–2007, sledovaných jako součást pozorovací sítě ČHMÚ, se zabývali Ledvinka a Lamačová (2015). Jejich hodnocení je zaměřeno spíše na existenci plošně platného trendu v rámci členění ČR na hydrogeologické rajony než na jednotlivé prameny. Výsledky ukázaly, že v ročních řadách vydatností pramenů je ve 12 z 18 rajonů přítomen negativní trend, tedy pokles vydatností, avšak je-li při stanovení Mann-Kendallovy statistiky zahrnut také vliv křížové korelace mezi prameny, jak doporučují autoři, klesá vydatnost pouze ve čtyřech rajonech. Tyto rajony se nacházejí ve středních Čechách a na jižní a severní Moravě.

Data

V této studii byly zpracovány následující tři typy dat: (a) bilanční veličiny z výkazů Hydrologické bilance množství a jakosti vody ČR, kterou podle zákona č. 254/2001 Sb., o vodách a vyhlášky Ministerstva zemědělství č. 431/2001 Sb. každoročně zpracovává ČHMÚ (2015a). Jedná se o tyto veličiny: srážkové úhrny, zásoba vody ve sněhu, teplota a relativní vlhkost vzduchu, potenciální a aktuální evapotranspirace, pozorované a přirozené průtoky. Veličiny jsou evidovány v měsíčních průměrech, popř. úhrnech. Termínem přirozené průtoky se rozumí průtoky očištěné od vlivu odběrů, vypouštění a manipulací na nádržích. Vzhledem k návaznosti na přirozené průtoky, jejichž evidence je vedena od roku 1979, zahrnují všechny uvedené veličiny období 1980–2013. Existence trendu byla šetřena v jednotlivých bilančních povodích (74 povodí) a v bilančních oblastech (10 oblastí) zvlášť pro jednotlivé měsíce roku a pro roční agregace veličin.

Další skupinu dat představují (b) data ze zpracování přírodních zdrojů podzemních vod ČR. Jedná se o řady denních pozorovaných průtoků a základního odtoku ve 161 vodoměrných stanicích v období 1971–2013. Základní odtok byl separován metodou podle Eckhardta (2005) s roční korekcí parametru BFImax, který při takové separaci není pro celé období konstantní, ale je odvozen pro každý rok zvlášť metodou klouzavých minim. Tento způsob separace lépe charakterizuje přirozenou víceletou variabilitu odtoku a změn zásob podzemní vody. Přítomnost trendu byla zjišťována v řadách průměrných a minimálních měsíčních a ročních hodnot obou veličin. Pro odstranění vlivu extrémně nízkých hodnot při zpracování minim byly řady před měsíční a roční agregací vyhlazeny pomocí sedmidenních klouzavých průměrů.

Poslední skupinu dat představují (c) údaje o sledování podzemních vod. Jedná se o vydatnosti 114 pramenů a stavy hladin vody v 154 mělkých vrtech hlásné sítě ČHMÚ (2015b) převážně z let 1971–2013 většinou v týdenním, v případě vrtů v posledních letech i v denním kroku. Hluboké vrty nebyly zpracovány vzhledem k jejich krátkému pozorování a víceleté cyklicitě. Všechny řady splňují požadavek minimální délky s počátkem pozorování nejpozději od roku 1981, naprostá většina objektů pokrývá celé období od roku 1971. Za účelem jednotného hodnocení trendu byla i v těchto datech přítomnost trendu zjišťována pro jednotlivé měsíce roku a pro roky a stejně jako u předešlé datové sady opět v oblasti průměrných a minimálních hodnot. Pro umožnění porovnání byla velikost trendu těchto veličin vyjádřena jako změna standardní odchylky (s).

Metoda

Existence a velikost trendu byla šetřena pomocí neparametrického Mann-Kendallova testu a Senova odhadu směrnice trendu v prostředí R (R Core Team, 2014). Mann-Kendallův test je často používán pro analýzu trendu v datových sadách environmentálních systémů (Kendall, 1975; Libiseller a Grimvall, 2002). Jedná se o test neparametrický, který nepředpokládá normalitu dat a není citlivý vůči odlehlým hodnotám a nelineárním trendům nízkého stupně. Test lze použít v případech, kdy je v datových sadách předpokládána spojitá monotónní rostoucí nebo klesající funkce času a rezidua rozložení s nulovou střední hodnotou. Jinými slovy za předpokladu, že rozptyl rozložení je v čase konstantní.

Nulová hypotéza testu H0 je, že pozorovaná data {Xi ,i = 1, 2, … n} jsou nezávislá a se shodným rozdělením. Alternativní hypotéza H1 je, že ve výběru dat je přítomen monotónní trend. Statistika S Mann-Kendallova testu je definována jako:

pozorovane-zmeny-vzorec1

Mann (1945) a Kendall (1975) ukázali, že pro n ≥ 8 je statistika S přibližně normálně rozdělená se střední hodnotou:

pozorovane-zmeny-vzorec2

kde tm je počet skupin (dvojic, trojic atd.) shodných hodnot v rozsahu m, přičemž m = 2 pro dvojice shodných hodnot, m = 3 pro trojice atd. Standardizovaná testová statistika Z je potom:

pozorovane-zmeny-vzorec3

Testová statistika Z má standardní normální rozdělení s nulovou střední hodnotou a rozptylem rovným jedné.

Von Storch (1995) ukázal, že přítomnost autokorelace v časové řadě zvyšuje pravděpodobnost, že Mann-Kendallův test detekuje statisticky významný trend, tzn. že autokorelace zvyšuje pravděpodobnost chyby 1. řádu.

Pro zpracování časových řad byla proto použita varianta testu s korekcí autokorelace 1. řádu (Yue a Pilon, 2002). V této metodě je nejprve spočtena směrnice trendu podle Sena (1968). Je-li směrnice nenulová a statisticky významná, je z časové řady odstraněn trend daný touto směrnicí a v takto upravené řadě posouzena přítomnost autokorelace 1. řádu. Výsledná rezidua by měla být nezávislá. Je-li autokorelační koeficient statisticky významný, je směrnice trendu původní řady uplatněna na rezidua autokorelace a na této řadě je posouzena významnost trendu pomocí Mann-Kendallova testu. Výsledná směrnice trendu  b je opět počítána podle Sena (1968), tedy jako medián směrnic všech párů dat podle rovnice:

pozorovane-zmeny-vzorec4

Statistická významnost trendu byla testována na hladině významnosti α = 0,05. Do hodnocení byly zahrnuty pouze statisticky významné trendy. Výsledný trend sledovaných veličin je uváděn jako průměrná změna za desetileté období.

Výsledky

Bilanční veličiny – průměry

Mapy bilančních veličin jsou pro přehlednost uváděny převážně pouze pro deset bilančních oblastí (BO) a vývoj 74 bilančních povodí, který se v podstatě shoduje s bilančními oblastmi, je až na výjimku v případě odtoku zmíněn pouze v textu, je-li to vhodné pro porozumění souvislostem. Při posuzování map je třeba přihlédnout ke skutečnosti, že četnost extrémních hodnot je dána volbou intervalů barevné škály. Objektivní měřítko toho, co představuje velký pokles nebo velký vzestup, neexistuje.

V rámci změn sezonality srážek (obr. 1) byl v dubnu zjištěn trend jejich poklesu ve třech BO v severních a východních Čechách o průměrně 15–19 %, a naopak jejich nárůst v BO horní Vltava o 13 % v červnu. V ročních řadách srážek byl zjištěn nárůst ročních úhrnů v BO horní Vltava o 5 %.

U zásob vody ve sněhové pokrývce byl zjištěn pokles v BO Odra a Olše v prosinci o 17 %, v ročních agregacích změna zjištěna nebyla. V rámci ročního chodu teplot (obr. 2) byl zjištěn pouze nárůst, a to v celé ČR, v dubnu, červnu a v listopadu o 0,4–0,9 °C a na Moravě i v červenci a srpnu o 0,5–0,7 °C. Zvýšení teploty v jednotlivých měsících je patrné i v ročních agregacích, kde se projevilo v BO dolní Labe, Berounka a Dyje zvýšením o 0,4 °C.

pozorovane-zmeny-obr1

Obr. 1. Lineární trendy (%/10 let) řad měsíčních a ročních úhrnů srážek v deseti bilančních oblastech v období 1980–2013
Fig. 1. Linear trends (%/10 years) in series of monthly and annual precipitation from 10 balance regions during the 1980–2013 period
pozorovane-zmeny-obr2
Obr. 2. Lineární trendy (°C /10 let) řad průměrných měsíčních a ročních teplot vzduchu v deseti bilančních oblastech v období 1980–2013
Fig. 2. Linear trends (°C /10 years) in series of mean monthly and annual air temperature from 10 balance regions during the 1980–2013 period

Relativní vlhkost vzduchu (obr. 3) roste v lednu především na Moravě o 1–1,4 %, v listopadu v celé ČR o 0,5–1,5 % a také v říjnu a prosinci v BO Berounka a Dyje o 0,7–1,3 %, a naopak klesá v březnu a dubnu v části BO v Čechách o 1,2–1,8 %. V ročních průměrech se relativní vlhkost nezměnila.

Plošné rozmístění oblastí se zvyšující se potenciální evapotranspirací odráží zvýšení teplot tamtéž. V souladu se změnou ročního chodu teplot roste potenciální evapotranspirace v celé ČR především v dubnu a v červnu o 3–7 % a v listopadu až o 6–11 %, ovšem absolutní hodnoty potenciální evapotranspirace na konci roku jsou minimální a stejně tak i dopad tohoto zvýšení na vodní bilanci. Ke zvýšení
o 2–3 % dochází také na Moravě v červenci a srpnu. Kromě BO horní Labe, horní Vltava, Ohře a Bílina bylo v ročních průměrech zjištěno zvýšení potenciální evapotranspirace v sedmi ostatních BO o 2–3 %, které v dlouhodobé perspektivě vytváří zvýšený tlak na vodní zdroje, podobně jako zvětšení potenciální evapotranspirace v dubnu a červnu.

Ke zvýšení aktuální evapotranspirace (obr. 4) dochází v měsících s dostupnou zásobou půdní vody pro výpar v reakci na případné zvýšení teploty, je tedy i výslednicí mírného zvýšení srážek na jihu a západě Čech, které lze dovodit z analýzy jednotlivých bilančních povodí. K nárůstu evapotranspirace tak dochází v dubnu v BO Berounka, horní Vltava a Dyje o 5–7 %, v červnu a červenci v BO horní Vltava o 2–3 %, stejně jako v červenci v BO horní Labe a dolní Labe. Kromě severozápadu Čech byl zjištěn nárůst evapotranspirace v listopadu v celé ČR o 6–10 %, ale jedná se opět o hodnoty málo významné vzhledem k celkově malému výparu při – v rámci ročního chodu – nízkých teplotách.

pozorovane-zmeny-obr3

Obr. 3. Lineární trendy (%/10 let) řad průměrných měsíčních a ročních hodnot relativní vlhkosti vzduchu v deseti bilančních oblastech v období 1980–2013
Fig. 3. Linear trends (%/10 years) in series of mean monthly and annual relative air humidity from 10 balance regions during the 1980–2013 period

V rámci celého roku bylo zjištěno zvětšení evapotranspirace ve čtyřech BO na jihu a západě ČR o 3–4 %. Při posuzování těchto změn je přitom důležité, že velikost roční evapotranspirace je určována především charakterem kombinace teplot a srážek v období od dubna do října, či spíše od května do září.

pozorovane-zmeny-obr4

Obr. 4. Lineární trendy (%/10 let) řad měsíčních a ročních hodnot aktuální evapotranspirace v deseti bilančních oblastech v období 1980–2013
Fig. 4. Linear trends (%/10 years) in series of monthly and annual actual evapotranspiration from 10 balance regions during the 1980–2013 period
pozorovane-zmeny-obr5
Obr. 5. Lineární trendy (%/10 let) řad průměrných měsíčních a ročních měřených průtoků v 74 vodoměrných stanicích uzavírajících bilanční povodí v období 1980–2013
Fig. 5. Linear trends (%/10 years) in series of mean monthly and annual measured discharge from 74 gauging stations monitoring balance river basins during the 1980–2013 period

Změny ročního chodu přirozeného odtoku do značné míry korespondují se změnami měřeného odtoku. V některých BO (Ohře a Bílina) se však výsledky zdají být ovlivněny způsobem očištění průtoků od vlivů především převodů vody, u obou typů odtoku pak i jeho vyčíslením z mezipovodí, které je vždy zatíženo významnou chybou, tedy především v případě BO dolní Vltava a Sázava a BO dolní Labe. Ačkoli tedy byl v BO dolní Labe ve třech měsících detekován nárůst měřeného odtoku o průměrně 15 % a podobně jeho pokles v BO Ohře a Bílina, nelze tyto výsledky vzhledem k povaze ovlivnění dat považovat za průkazné, a to i s ohledem na změny ročního chodu ostatních bilančních veličin, z jejichž vztahů takto výrazné změny odtoku nevyplývají. Změny odtoku jsou proto namísto mapy BO demonstrovány na bodové mapě vodoměrných stanic, které reprezentují ucelená bilanční povodí a kterých je podstatně více, takže případné změny odtoku regionálního rozsahu by byly zřetelnější.

Trend měřeného (obr. 5) i přirozeného odtoku je velmi podobný. Kromě poklesu odtoku v devíti bilančních povodích převážně na severovýchodě Čech o průměrně 17 % v květnu byly v ostatních měsících nalezeny trendy pouze v ojedinělých případech, z kterých nelze vyvozovat obecné závěry. V řadách průměrných ročních měřených a přirozených průtoků nebyl zjištěn trend.

pozorovane-zmeny-obr6

Obr. 6. Lineární trendy (%/10 let) v řadách měsíčních a ročních sedmidenních klouzavých minim měřených denních průtoků pro 161 vodoměrných stanic v období 1971–2013
Fig. 6. Linear trends (%/10 years) in monthly and annual series of 7-day running minimum discharges for 161 gauging stations in the 1971–2013 period

Denní průtoky – průměry a minima

Nejvýraznější charakteristikou trendu měsíčních průměrů denních průtoků ve 161 vodoměrných stanicích, které jsou využívány pro stanovení základního odtoku, je nárůst odtoku v březnu u 31 stanic v pásu z jižních do východních Čech v průměru o 15 % a pokles v květnu u 32 stanic především v severních Čechách a na Moravě
o průměrně 13 %, v srpnu u 17 stanic převážně na severní Moravě o průměrně 10 % a v prosinci, opět převážně na Moravě, výrazněji na severní, v průměru o 12 % u 39 stanic. Změna v rámci jednotlivých měsíců není natolik výrazná, aby byla detekována v řadě průměrných ročních hodnot.

Pokles měsíčních minim odtoku (obr. 6) je výraznější než u měsíčních průměrů. Od dubna do prosince převažuje nebo byl zjištěn pouze pokles u 9 až 30 stanic (největší počty stanic v létě) od 12 do 17 %, přičemž poklesy jsou četnější a výraznější na Moravě a v severovýchodních Čechách. Podobně jako u průměrných hodnot i v minimech byl v pásu z jižních do východních Čech zjištěn nárůst odtoku v březnu průměrně o 19 %, ale stanic je méně, pouze 13. Poklesy v měsíčních minimech jsou natolik výrazné a v průběhu roku časté, že se projevují i poklesy ročních minim, kde u 25 stanic byl zjištěn pokles průměrně o 18 %. Nárůsty minim jsou výjimečné, týkají se pouze dvou stanic.

Základní odtok – průměry a minima

Změny průměrného měsíčního základního odtoku z hlediska plošného rozšíření sledují změny celkového odtoku. Poklesy se tedy projevují nejvíce na Moravě (výrazněji na severní), v severovýchodních Čechách, na jaře více v Čechách. Nárůsty jsou výjimečné, zatímco výrazně převažuje pokles kromě března ve všech měsících roku, nejvýrazněji v lednu, v období od května do srpna a v prosinci u 16 až 30 stanic průměrně o 14 až 16 %. Došlo také ke změně ročních průměrů základního odtoku, kdy u 15 stanic byl zaznamenán pokles průměrně o 14 % a u šesti stanic nárůst průměrně o 8 %.

pozorovane-zmeny-obr7

Obr. 7. Lineární trendy (%/10 let) v řadách měsíčních a ročních sedmidenních klouzavých minim separovaného základního odtoku pro 161 vodoměrných stanic na území České republiky v období 1971–2013
Fig. 7. Linear trends (%/10 years) in monthly and annual series of 7-day running minimum baseflow for 161 gauging stations situated in the Czech Republic in the 1971–2013 period

Plošné rozšíření velikosti a koncentrace změn měsíčních minim základního odtoku je stejné jako u průměrných hodnot, výrazně ale převažuje pokles, kromě března ve všech měsících roku, opět nejvýrazněji v lednu, od května do srpna a v prosinci, a to u 16 až 30 stanic průměrně o 14 až 18 %. Podobně i u ročních minim byl u 22 stanic zjištěn pokles průměrně o 19 % a pouze u dvou stanic nárůst průměrně o 7 % (obr. 7).

Vrty – průměry a minima

U průměrných měsíčních stavů hladin v mělkých vrtech překvapivě převažuje v zimním půlroce (listopad až duben) vzestup hladin (23 až 42 vrtů) nad poklesy (5 až 18 vrtů), v letním půlroce byly zaznamenány přibližně stejně četné vzestupy i poklesy, a to u 12 až 20 vrtů. Poklesy v letní části roku se vyskytují spíše v severovýchodních Čechách a na severní Moravě. Průměrná velikost vzestupu v zimním půlroce činí 0,28–0,32 násobek směrodatné odchylky s. Z hlediska průměrných ročních stavů hladin ve vrtech byl zjištěn u 24 objektů vzestup průměrně o 0,28 s a u 12 objektů pokles o 0,29 s.

U minimálních měsíčních stavů hladin (obr. 8) také převažuje v zimním půlroce vzestup u 22 až 34 vrtů průměrně o 0,26–0,29 s nad poklesy, kterých je pouze 9 až 13 o velikosti průměrně 0,25–0,32 s. V letním půlroce početně mírně převažují poklesy nad vzestupy, objektů se zvyšující se hladinou je 18 až 28 oproti 14 až 19 vrtům, u kterých došlo ke snížení hladiny. Velikost zvýšení je v rozsahu průměrně 0,26–0,31 s a velikost snížení hladiny činí prakticky stejně 0,27–0,35 s. Vrty s poklesem hladiny jsou soustředěny opět v severovýchodních Čechách
a na severní Moravě, vrty s vzestupem hladiny poněkud překvapivě na jižní Moravě. U ročních minim stavů hladin převažují vzestupy (24 vrtů; 0,3 s) nad poklesy (15 vrtů; 0,27 s), vzestupy jsou koncentrovány na jihu Moravy.

pozorovane-zmeny-obr8

Obr. 8. Lineární trendy (násobek směrodatné odchylky s/10 let) minimálních měsíčních a ročních stavů hladiny 154 mělkých vrtů v období 1971–2013
Fig. 8. Linear trends (multiples of standard deviation s/10 years) recorded as monthly and annual minima for 154 shallow borehole levels in the 1971–2013 period

Prameny – průměry a minima

Plošné rozšíření i velikost a orientace trendu průměrných i minimálních (obr. 9) měsíčních vydatností pramenů jsou prakticky totožné. S výjimkou března u průměrných vydatností zřetelně po celý rok převažují poklesy nad nárůsty, klesla vydatnost přibližně 16 až 26 pramenů, nárůsty byly zjištěny u jednoho až devíti pramenů. Poklesy jsou větší, o velikosti v případě průměrů nejčastěji 0,35–0,54 s, minim 0,31–0,49 s, s nárůsty velmi podobnými, které u průměrů představují 0,32–0,53 s, u minim 0,32–0,57 s. U ročních průměrných i minimálních vydatností převažují poklesy nad nárůsty, přičemž pokles o velikosti 0,41 s, resp. 0,37 s byl zjištěn u 18, resp. 20 objektů, zatímco vzestup o velikosti 0,39 s, resp. 0,24 s u tří, resp. šesti objektů. Objekty s poklesem vydatnosti jsou výrazně soustředěny na severu Čech, což by bylo možné přičítat spíše způsobu měření a jejich vyhodnocení než přirozeným příčinám. Pokles vydatností se také často vyskytuje u pramenů střední Moravy.

pozorovane-zmeny-obr9

Obr. 9. Lineární trendy (násobek směrodatné odchylky s/10 let) minimálních měsíčních a ročních vydatností 114 pramenů v období 1971–2013
Fig. 9. Linear trends (multiples of standard deviation s/10 years) recorded as monthly and annual minima for 114 springs in the 1971–2013 period

Závěr

V řadách hodnocených bilančních veličin byl mezi lety 1980–2013 zjištěn především vzestup průměrných ročních teplot v části ČR o 0,4 °C za desetiletí a vzestup teplot v celé ČR v dubnu, červnu a v listopadu o 0,4–0,9 °C a na Moravě i v červenci a srpnu o 0,5–0,7 °C. Srážky poklesly v severních a východních Čechách v dubnu průměrně o 15–19 %, a naopak vzrostly na jihu Čech o 13 % v červnu, což se celkově projevilo nárůstem ročních úhrnů srážek na jihu Čech o 5 %. Zásoba vody ve sněhové pokrývce poklesla v prosinci na severu Moravy o 17 %. U relativní vlhkosti vzduchu došlo ke změně ročního chodu v řádu 0,5–1,5 %. Vlhkost vzrostla v chladnější části roku především na Moravě, popř. v celé ČR, a naopak klesla na jaře v části Čech. K nárůstu evapotranspirace dochází v dubnu, červnu a červenci v jihozápadních Čechách o 2–3 % a o 3–4 % zde vzrostla evapotranspirace i v rámci celého roku.

Z bilančního hlediska tedy došlo k poklesu srážek v severních a východních Čechách v dubnu, jejich nárůstu na jihu Čech v červnu i v rámci roční bilance, k poklesu zásob sněhu na severní Moravě, k vzestupu teplot v teplé části roku v Čechách a ještě výrazněji na Moravě a dále k nárůstu evapotranspirace v jihozápadních Čechách vlivem kombinace vyšších teplot a dostupnosti vody v důsledku vyšších srážek. Kromě vyšších srážek na jihu Čech se jedná výhradně o faktory, které dostupnost vodních zdrojů ovlivňují negativně. Těmto trendům a jejich lokalizaci odpovídá i pokles odtoku v části bilančních stanic na severovýchodě Čech průměrně o 17 % v květnu.

Těmto zjištěním odpovídá i pokles odtoku v sadě 161 vodoměrných stanic mezi lety 1971–2013 v květnu především v severních Čechách a na Moravě o průměrně 13 % za desetiletí, v srpnu a prosinci na severní Moravě. U části stanic ale také odtok vzrostl, nicméně je kompenzován v jiných částech roku. V minimech odtoku poklesy převažují nad vzestupy, nejvíce poklesů je v létě a v průběhu celého roku jsou četnější a výraznější na Moravě a v severovýchodních Čechách, pokles je zřetelný i v roční bilanci. Změny průměrného základního odtoku jsou podobné jako změny celkového odtoku. Poklesy se tedy projevují nejvíce na Moravě, výrazněji na severní, a v severovýchodních Čechách. Minima základního odtoku se mění výrazněji, převažuje pokles nad vzestupy, kromě března ve všech měsících roku, nejvýrazněji v lednu, od května do srpna a v prosinci.

Ačkoli tyto závěry mohou při častém užívání výrazu „pokles“ vyznívat pesimisticky, platí, že na výrazné většině stanic nebyl zjištěn statisticky významný trend. Na druhé straně je ovšem zřejmá shoda v rozšířeném výskytu z hlediska vodních zdrojů negativního trendu na severovýchodě ČR.

V průběhu roku i v roční bilanci byl dále u průměrných i minimálních vydatností řady pramenů mezi lety 1971–2013 zjištěn pokles kolem 0,4 s za desetiletí, zvětšení vydatností je nevýrazné, ale u většiny objektů nebyla zjištěna žádná změna.

Do celkového obrazu příliš nezapadá vývoj hladin mělkých vrtů. U minim v letním půlroce sice početně mírně převažují poklesy nad vzestupy, oboje o velikosti kolem 0,3 s, ale v zimním půlroce je naopak častější vzestup. V roční bilanci mírně převažují vzestupy hladin, ale u velké většiny objektů nedochází k žádné změně. U průměrných hladin bylo vzestupů hladin zjištěno více.

Poděkování

Článek vznikl na základě dat a výsledků Českého hydrometeorologického ústavu.

Posted by & filed under Hydraulika, hydrologie a hydrogeologie.

Souhrn

Výskyt sucha v podzemních vodách, které jsou významnou složkou oběhu vody v přírodě a jsou v interakci s povrchovými vodami a dalšími složkami životního prostředí, může vést ke krizovým situacím jak ve složkách životního prostředí, tak i v zásobování obyvatelstva pitnou vodou a v zemědělské výrobě. V předloženém příspěvku jsou uvedeny zákonitosti oběhu podzemních vod se zřetelem na výskyt extrémně nízkých hladin, jejich sezonní a víceletá periodicita a trendy, výskyt minimálních hladin a jejich dopady na složky životního prostředí. Jsou uvedeny i negativní antropogenní zásahy, podílející se na výskytu nízkých hladin. Dále jsou uvedeny možnosti prognóz minimálních hladin jako podkladu pro přípravu rozhodnutí při řešení sucha jako mimořádné situace a opatření pro řešení problematiky sucha.

Úvod

Vedle výskytu povodní jako hydrologického extrému je opačným extrémem sucho, kterému byla v minulosti věnována malá pozornost. V předloženém příspěvku jsou uvedeny zákonitosti oběhu podzemních vod se zřetelem na výskyt extrémně nízkých hladin, jejich sezonní a víceletá periodicita a trendy, výskyt minimálních hladin a jejich dopady na složky životního prostředí, antropogenní zásahy a možnosti prognóz minimálních hladin s využitím údajů monitoringu ČHMÚ jako podkladu pro přípravu rozhodnutí vodoprávních úřadů při řešení sucha jako mimořádné situace. Na závěr jsou uvedena opatření pro řešení problematiky sucha.

Hydrologické sucho vzniká následkem nedostatku srážek a projevuje se jako nedostatek zdrojů povrchových a podzemních vod (průtoky ve vodních tocích, hladiny jezer a nádrží, podzemní vody). Přitom je vznik hydrologického sucha ovlivněn i způsobem lidského užívání vody, proto je nutno na hydrologické sucho pohlížet jako na přírodní fenomén, který však může být prohlouben lidským působením.

Nedostatek srážek se v komponentách podzemní části hydrologického cyklu projevuje s určitým zpožděním. Hydrologické sucho je pak nezbytné pojímat jako výsledek působení procesů hydrologického cyklu a antropogenního ovlivnění v rámci celého povodí.

Zákonitosti oběhu podzemní vody v přírodě

Podzemní voda je velmi významnou složkou oběhu vod v přírodě. Je v interakci s povrchovými vodami, s nimiž se v důsledku morfologických, geologických a klimatických podmínek vzájemně ovlivňují. V minulosti se problematika obou řešila většinou odděleně. U povrchových vod byla pozornost zaměřena především na povodňové stavy a využívání vodní energie. Minimálním průtokům se věnovala malá pozornost (Kněžek, 2013). U podzemních vod převládalo hodnocení jejich využitelnosti pro vodárenské využití. Podzemní vody rovněž ovlivňují terestrické ekosystémy a biologická společenství na vody vázaná. V posledních letech se v důsledku implementace Rámcové směrnice EU o vodách (ES, 2000) do českého zákona o vodách (zákon č. 254/2001 Sb.) hodnotí i stavy povrchových a podzemních vod. Dobrý stav povrchových a podzemních vod zahrnuje i kvalitativní a kvantitativní požadavky na využívání těchto vod i na potřeby biologických společenstev na vody vázaných, včetně terestrických ekosystémů.

Podkladem pro studium zákonitostí oběhu podzemní vody jsou výsledky systematického pozorování, zajišťovaného Českým hydrometeorologickým ústavem. Bylo zahájeno v trase projektovaného kanálu Dunaj – Odra – Labe na přelomu 30. a 40. let 20. století. Část těchto objektů byla zařazena do státní pozorovací sítě a je sledována dosud. Celoplošná pozorovací síť vznikla postupně v letech 1957 až 1969, s výjimkou pozorovací sítě hlubších zvodní. V dalším období byla doplňována a upravována. Nejdelší doba pozorování v České republice je ve vrtu V 12, situovaném v infiltrační oblasti vodního zdroje Březová nad Svitavou v jižní části ústecké synklinály. Pozorování bylo zahájeno 6. 10. 1899, takže trvá 115 let. Zajišťují jej Brněnské vodárny a kanalizace. Současný stav pozorovací sítě podzemních vod je proto výsledkem vývoje od konce padesátých let až do počátku let devadesátých, kdy byla uskutečněna poslední významná změna, respektive doplnění pozorovaných objektů. Vlastní koncepce byla položena při úvahách již v počátku, kdy objekty byly rozděleny na:

  • pozorovací síť pramenů sledující vydatnosti a teploty vody pramenů, vybraných podle jednotné metodiky na základě celoplošného průzkumu;
  • pozorovací síť mělkých zvodní, která byla situována do poříčních zón a přilehlých terasových stupňů, vytvořenou podle projektů z počátku šedesátých let;
  • pozorovací síť hlubokých zvodní, která měla být podle původního záměru jedním z výsledků programu regionálního hydrogeologického průzkumu probíhajícího v období od šedesátých do devadesátých let.

Rozsah pozorovací sítě se mění v souvislosti s jejím postupným budováním a úpravami. V současné době se pozoruje asi 2 000 objektů podzemních vod.

Údaje o hladinách podzemních vod a vydatnostech pramenů představují velmi cenný zdroj informací pro všechny, kdo jakýmkoliv způsobem podzemní vody využívají. Jsou však důležité i při projektování staveb, zejména při ražbě tunelů a jiných rozsáhlých podzemních děl. Zpracované údaje jsou nepostradatelné při rozhodování o využívání a ochraně zdrojů vod, stejně jako pro ochranu životního a přírodního prostředí a jsou výchozím podkladem pro hydrologickou a vodohospodářskou bilanci a zjišťování stavu podzemních vod.

Dalším zpracováním údajů lze stanovit množství podzemních vod, které je k dispozici a tvoří součást průtoku v povrchovém toku. Tento údaj se nazývá základní odtok (obr. 1). Stanovuje se pro desítky dílčích povodí, následně se převádí pro hydrogeologické rajony a slouží jako podklad pro využívání podzemních vod.

hydrologicke-sucho-obr1

Obr. 1. Základní odtok v roce 2013 v % dlouhodobého průměru 1981–2010 (zdroj ČHMÚ)
Fig. 1. Base flow in year 2012, percentage of 1981–2010 long-term average (source CHMI)

Uvedený rok 2013 byl výjimečný vysokými srážkami v letním období, kdy v povodí Vltavy a dolního Labe došlo až k padesátileté povodni. Po měsíci následovala další, poněkud menší. Toto období je v dlouhodobých normálech
u podzemních vod za normálního stavu v oblasti minim, které byly takto podstatně zvýšeny.

Odběry podzemní vody tvoří 23 % z celkových odběrů vod, z toho odběry pro vodovody pro veřejnou potřebu představují 82 % z celkového množství odběrů podzemní vody. Druhým největším odběratelem je průmysl, včetně dobývání nerostných surovin, který odebírá 9,2 % z celkového množství. Ostatní odběratelé podzemní vody jako zemědělství, stavebnictví či energetika odebírají méně než 4,8 % z celkového odebíraného množství. Odběry podzemní vody pro vodovody tvoří 49 % z celkového množství vody odebírané pro vodovody. Vzhledem k tomu, že 93,8 % obyvatel je zásobováno z veřejných zdrojů, bude zbývajících 6,2 % obyvatel zásobováno ze zdrojů vlastních, tj. většinou z domovních studní, takže podíl odběrů podzemní vody pro zásobování pitnou vodou bude vyšší než 49 %.

Na území ČR je přibližně 80 % využitelného množství podzemních vod soustředěno na zhruba 30 % plochy. K nejvýznamnějším územím náleží část české křídové pánve (vymezená přibližně Jizerou, dolním tokem Labe a státní hranicí), východní Čechy na pomezí s Moravou a třeboňská a budějovická pánev na jihu Čech. Všechna tato území musí být chráněna proti znečištění a nadměrným odběrům podzemních vod a dalším činnostem, které by mohly ohrozit jejich množství nebo kvalitu. Aktuální informace o stavu hladin podzemní vody lze získat na http://hydro.chmi.cz/hpps/hpps_pzv.php.

Podzemní voda proudí z oblasti infiltrace do oblasti odvodnění. Systémy podzemního odtoku z oblasti doplňování se liší velikostí a hloubkou, přičemž jeden systém může překrývat druhý. Režim podzemních vod mělkých zvodní je velmi dynamický a mezi nimi a povrchovými toky je největší výměna vody (Kněžek, 2013; Muzikář, 2014). V podloží mělkých zvodní se mohou vyskytovat další zvodně, v nichž probíhá oběh vody ve větších hloubkách
a cirkulující podzemní voda se v nich zdrží podstatně déle než v mělkých zvodních. Podzemní voda z hlubších zvodní je rovněž drénována povrchovými toky. Povrchové toky proto mohou drénovat více zvodní. Tato drenáž probíhá v různých úsecích vodního toku, které nemusí být shodné s úseky, v nichž se drénují mělké podzemní vody.

Hlavním faktorem pro velikost doplňování zásob podzemní vody jsou atmosférické srážky zmenšené o výpar. V našich podmínkách jsou dva typy doplňování zásob: s celoročním doplňováním zásob a se sezonním doplňováním zásob. Při sezonním doplňování zásob je převážnou část zimního období na území sněhová pokrývka (s celkovým počtem dní s výskytem sněhové pokrývky větším než 50 dní). Sezonní doplňování zásob je rozšířeno na větší části ČR. U obou typů režimu doplňování zásob je obecně známá výrazná sezonní periodicita, charakteristická výskytem jarních, respektive letních maximálních hladin a podzimních, respektive zimních minimálních hladin. Sezonní trendy mají následující průběh: po výskytu maximálních hladin (většinou začátkem roku) nastává sestupný trend pohybu hladiny podzemní vody, který bývá v ojedinělých případech přerušen mírným vzestupem hladiny, způsobeným vysokým úhrnem srážek v letním období. Tento vzestup hladiny trvá jen krátce, zpravidla několik dní a po jeho odeznění pokračuje opět sestupný trend hladiny až do výskytu roční minimální hladiny, typické většinou pro konec léta. Velikost minimálních hladin velmi dobře koreluje s velikostí maximálních hladin (Muzikář a Soukalová, 1988; Soukalová a Muzikář, 2015). Po výskytu ročních minimálních hladin nastává mírný vzestup hladiny, způsobený podzimními srážkami při nízkém výparu, vyvrcholený vzestupem hladiny na jaře až do výskytu roční maximální hladiny.

Na obr. 2 je graficky znázorněn roční chod hladin podzemní vody se sezonním doplňováním mělkých podzemních vod v povodí Dyje (vrt VB0349) a v povodí Moravy (vrt VB0356).

Vedle sezonního kolísání hladin podzemní vody (sezonní periodicity) existuje víceleté kolísání hladin podzemní vody, které se vyznačuje víceletou periodicitou (angl. secular periodicity). Pro stanovení víceleté periodicity se zpracovávají časové řady ročních charakteristik hladin podzemní vody (roční průměrné, maximální nebo minimální hladiny).

hydrologicke-sucho-obr2

Obr. 2. Roční chod hladin podzemních vod za období 1981–2010 ve vrtu VB0349 Charvatská Nová Ves a VB0356 Mikulčice
Fig. 2. Fluctuations of 1981–2010 average monthly groundwater levels in monitoring wells VB0349 Charvatská Nová Ves and VB0356 Mikulčice

Periodicita a trendy hladin podzemní vody

Pro studium periodicity, trendů a prognózy hladin podzemní vody se používají časové řady. Časová řada je chronologické uspořádání výsledků pozorování provedených v pravidelných časových intervalech. Hydrologickými časovými řadami jsou řady hladin podzemní vody, vydatnosti pramenů, velikosti podzemního odtoku atd. V případě minimálních hladin podzemní vody se jedná o řady minimálních ročních hladin. Analýza časové řady umožní identifikaci mechanismu její tvorby a na jejím základě předpovídání jejího budoucího chování – vytváření předpovědí. V hydrologických časových řadách je možno vyčlenit: trend, sezonní složku, cyklickou složku víceletou, složku náhodnou a složku katastrofální.

Trend představuje dlouhodobou systematickou změnu v časové řadě (Kisiel, 1969; Muzikář a Soukalová, 1988; Soukalová a Muzikář, 2015). Projevuje se jako dlouhodobý vzestup nebo pokles hladiny podzemní vody, resp. vydatnosti. Po identifikaci trendu testy náhodnosti se přistoupí k jeho aproximaci matematickými křivkami. Jako nejvhodnější se v hydrologii podzemních vod jeví trend lineární. V případě umělého ovlivnění režimu podzemní vody (například odběry podzemní vody) je nejvhodnější aproximace logaritmickou nebo exponenciální funkcí.

Nejvýznamnější periodou u většiny vrtů je dvanáctiměsíční perioda, která koresponduje se sezonním doplňováním podzemní vody. Druhá nejvýznamnější (platí pro povodí Moravy) je perioda pětiletá. Dvouletá a desetiletá perioda jsou třetí nejvýznamnější. U řad s šedesátiletou řadou pozorování se vyskytují rovněž statisticky významné třicetileté periody, odpovídající tzv. Brücknerově periodě (34leté), známé při popisu přírodních jevů. Na obr. 3 je vyznačen průběh modelových hodnot měsíčních hladin podzemních vod mělkých zvodní stanovených harmonickou analýzou. Délka period v časových řadách ročních minimálních hladin a ročních průměrných hladin je analogická (viz dále).

Periodicita se vyskytuje velmi často s nestejnou délkou amplitud a period a je někdy málo výrazná. Proto je vhodnější uvažovat spíše o tendenci k periodicitě nebo o kvaziperiodicitě. Ve víceletém chodu ročních charakteristik se vyskytují seskupení několika za sebou jdoucích let s vysokými hladinami, nebo nízkými hladinami. Mezi nimi je sestupný, nebo vzestupný trend hladiny (Castany, 1978; Cílek, 2011; Kovalevskij, 1976, 1983; Muzikář a Soukalová, 1988). Opačné extrémy se mohou vyskytnout v sousedních letech pouze v krasu nebo v horských zvodních (infiltrační oblasti) a v časových řadách s krátkou dobou monitorování (do 7–10 let). V sezonním i mnohaletém kolísání hladiny podzemní vody se neprojevuje výrazný vliv aktuálních srážek, nýbrž akumulace srážek z předcházejícího období. Doba akumulace srážek roste se vzdáleností posuzovaného místa od infiltrační oblasti a je nepřímo závislá na rychlosti proudění podzemní vody. U víceletého kolísání hladin to může dosáhnout až 5–7 let (Kovalevskij, 1976; Marine, 1963; Muzikář a Soukalová, 1988; Brázdil, 2015).

Periodicita byla pozorována i v minulosti u výskytu srážek. Popsal ji Dr. F. Augustin v roce 1894 (Cílek, 2011). Byla uvedena i tzv. Brücknerova perioda pro srážky a průtoky v povrchových vodách ve Švýcarsku v délce 33–36 let (Brückner, 1890). Podstata periodicity nebyla dosud spolehlivě vysvětlena. Většina badatelů se přiklání k vlivu heliogeofyzikálních faktorů. Kvaziperiodicitu je možno přičíst interferenci různých heliogeofyzikálních faktorů, které se přenášejí přes atmosféru na zemskou kůru a hrají úlohu „filtru“ (Kovalevskij, 1976, 1983). Pro kolísání hladin podzemní vody jsou rozhodující srážky. Významnou roli hraje inerční schopnost zvodněného kolektoru. Roční charakteristiky ovlivňuje úhrn srážek za předcházejících několik let (Kovalevskij, 1976, 1983; Marine, 1963; Muzikář a Soukalová, 1988). Příklady zjištěných period hladin podzemní vody uvádí dále Ramón (1978), Zalcberg (1976, 1980) a Zaporozec (1980).

hydrologicke-sucho-obr3

Obr. 3. Modelové a naměřené průměrné měsíční hladiny ve vrtu VB0129 Uhřičice
Fig. 3. Modelled and measured average monthly groundwater levels in the monitoring well VB0129 Uhřičice

Periodicita ročních úhrnů srážek, které jsou rozhodujícím faktorem pro tvorbu podzemních vod, koresponduje s periodami v časových řadách hladin podzemních vod. To dokládá časová řada ročních úhrnů srážek ve stanici Napajedla za období 1915–2014. Nejvýznamnější periody jsou 2 a 10 let (viz obr. 4).

hydrologicke-sucho-obr4

Obr. 4. Významné periody v časové řadě ročních úhrnů srážek ze srážkoměrné stanice Napajedla
Fig. 4. Significant periods in time series of annual precipitations sums from precipitation station Napajedla

Příklady významných trendů ročních průměrných a ročních minimálních hladin v povodí Moravy, Dyje a Jihlavy jsou uvedeny na obr. 5. Ve všech vrtech je patrný sestupný lineární trend.

hydrologicke-sucho-obr5

Obr. 5. Významné trendy ročních průměrných a minimálních hladin podzemních vod
Fig. 5. Significant trends in average annual and minimum annual groundwater levels

Sestupné trendy mohou být způsobeny klimatickými změnami a prostorovým rozložením srážek během roku. V ČR se zatím větší změny v celkovém objemu srážek nepotvrdily – pomalu se ovšem začíná projevovat změna v rozložení srážek v průběhu roku – více srážek v zimě, méně na jaře. Dalším indikátorem klimatických změn je patrně nárůst počtu a intenzity extrémních srážek (více než 150 mm/den). Přívalové srážky rychle odtečou a sníží velikost doplňování zásob podzemní vody.

Výskyt minimálních hladin a dopady výskytu minimálních hladin

Minimální hladiny se vyskytují s přibližně desetiletou periodou. Jako málo vodné se z hlediska podzemních vod jevily roky 1934, 1944, 1954, 1964, 1974, 1984, 1993, 2003 a 2012. V povodí Moravy byly dosaženy minimální hladiny převážně v letech 1974, 1993 a 1984, v povodí Jihlavy většinou v letech 1995 a 1983, v povodí Svratky v letech 1973–1974 a v povodí Dyje v letech 1974, 1983 a 2003. V roce 2012 se hladiny podzemních vod přiblížily nebo překročily absolutní minimální hladiny v horním povodí Jihlavy a v povodí Dyje.

Příklad výskytu minimálních hladin je uveden ve vrtu V 12 s nejdelší dobou pozorování v České republice v infiltrační oblasti vodního zdroje Březová nad Svitavou. Časová řada průměrných ročních hladin má mírně sestupný trend. Příčinou je vliv srážek a dále trvalý odběr podzemní vody pro brněnský vodovod. V časové řadě se vyskytuje statisticky významná 25letá perioda. Další významné periody jsou o délce 2, 5, 10 a 16 let. Tyto periody byly také vybrány pro modelování pohybu hladin podzemní vody harmonickou analýzou (obr. 6).

Absolutní minimální roční hladina se vyskytla ve vrtu v Baníně v roce 1993. Nízké hladiny podzemní vody byly i v letech 1990–1992, kdy bylo území České republiky postižené suchem, jehož bezprostřední příčinou byl značný deficit srážek. Nedostatek srážek nastal na celém území, nejvíce se projevil ve středních, východních a jižních Čechách a na jižní Moravě.

hydrologicke-sucho-obr6

Obr. 6. Periody v časové řadě hladin podzemní vody ve vrtu v Baníně a výskyt minimálních ročních hladin
Fig. 6. Periods in the time series of average annual groundwater levels in the Banín monitoring well and occurrence of minimum annual groundwater levels

Při sledování dopadu klimatické změny na území našeho státu se ukázalo, že s velkou pravděpodobností nedochází k poklesu ročního souhrnu srážek, mění se však jejich rozložení, mírně se zvýšil zimní úhrn a v letním období se změnil jejich charakter, převažují intenzivnější srážky.

Podstatný vliv však má nárůst teploty, která mírně stoupá již od roku 1980. K roku 2010 byl její vzestup řádově o jeden stupeň celsia. Tato velikost se zdá malá, zvýšila však velikost územního výparu přibližně o 20 %. To se na některých povodích (Blšanka, Metuje v polické pánvi) projevilo znatelným zmenšením základního odtoku přibližně o jednu třetinu.

V důsledku výskytu nízkých hladin podzemní vody vzniká významné ovlivnění složek životního prostředí. Malé průtoky v povrchových tocích jsou tvořeny podzemní složkou odtoku, takže při nízkých hladinách podzemní vody ve zvodních, které jsou v hydraulické spojitosti s podzemními vodami, mohou poklesnout průtoky pod hodnotu minimálního zůstatkového průtoku, jenž umožňuje obecné nakládání s povrchovými vodami a ekologické funkce vodního toku. Ekosystém je vzájemný vztah živých organismů a jejich prostředí, tj. geologického prostředí. Geologické prostředí zahrnuje horniny a půdu, podzemní vodu, půdní vzduch a mikroorganismy. Všechny jsou ve vzájemné souvislosti. Organismy se přizpůsobují určitým podmínkám. Po změně podmínek se buď novým podmínkám přizpůsobí, nebo zahynou. V různých klimatických podmínkách jsou rostliny geobotanickými indikátory určitých podmínek. Mezi podmínky, které ovlivňují růst rostlin, patří kvalita půdy, půdní vlhkost a její velikost. Půdní vlhkost závisí kromě režimu srážek i na hloubce hladiny podzemní vody. Citelným zásahem do ekosystémů je snížení nebo zvýšení hladiny podzemní vody a s ním často i změna půdní vlhkosti zemin nesaturované zóny. Snížením půdní vlhkosti hynou mokřadní rostliny a vzniká většinou zjednodušený ekologický systém. Vysoké výnosy zemědělských plodin jsou podmíněny dostatečným provzdušňováním půdy a optimální vlhkostí půdy. Pro vyjádření optimální vlhkosti byla zavedena optimální úroveň hladiny podzemní vody v závislosti na typech půdy a typech plodin. Podle výzkumů Petrasovice je například v lehkých půdách optimální úroveň hladiny podzemní vody pro mělce kořenící vegetaci v hloubce 0,4 m pod terénem. Při hloubce hladiny 0,2 m pod terénem poklesne výnos na 50 % výnosu při optimální hladině a při hloubce hladiny 0,9 m na 60 % (Holý, 1984).

Výskyt minimálních hladin podzemní vody vyvolává sucho v podzemních vodách. Podle Castany (1978) je sucho v podzemní vodě důsledkem deficitu efektivních srážek a vyčerpávání zásob podzemní vody a podle technické zprávy EU (EC, 2008) se sucho projevuje jako významný pokles průměrného dostupného množství vody při výrazném poklesu průměrných hladin podzemní vody. Přes význam podzemních vod bylo doposud řešení dopadů sucha v podzemních vodách věnováno málo pozornosti.

Výskyt minimálních hladin podzemní vody výrazně ovlivňují kromě přírodních faktorů i antropogenní zásahy. Trvalé snížení hladiny podzemní vody nastává účinkem odběrů podzemní vody, odvodňováním ložisek, provozem hydraulických bariér při sanaci kontaminované podzemní vody, trvalým snižováním hladin pod základy staveb v městských aglomeracích a u dopravních staveb, u nichž je niveleta vedena v zářezu pod hladinou podzemní vody a při nichž odebírané množství podzemní vody není vyvážené doplňováním zásob podzemní vody a normami environmentální kvality (tj. dobrý stav podzemních vod). Snížení hladiny podzemní vody vyvolávají i úpravy toků (napřimování meandrů). Podzemní stavby a podzemní sítě (vodovodní a kanalizační potrubí, produktovody) situované pod hladinou podzemní vody mají rovněž drenážní účinek. Zemědělská výroba se rovněž podílí za určitých podmínek na snižování hladiny podzemní vody, například nevhodnými osevními postupy, technologickou nekázní při nasazení těžké techniky na rozbahněných pozemcích a podobně. S výstavbou nových objektů narůstají nepropustné plochy, které snižují velikost infiltrace srážkových vod.

Stav sucha v podzemních vodách je hodnocen podle pravděpodobnosti překročení hladiny ve vrtu v příslušném kalendářním měsíci. Stav sucha je charakterizován třemi kategoriemi závažnosti odvozenými za referenční období 1981–2010. Jako mírné sucho jsou označeny stavy mírně podnormální s pravděpodobností překročení 75–85 %, jako silné sucho stavy silně podnormální s pravděpodobností překročení 85–95 % a jako mimořádné sucho jsou označeny mimořádně podnormální stavy, které odpovídají nejnižším 5 % pozorování. Analogicky znamená pravděpodobnost překročení 15–25 % mírně nadnormální stav hladiny, pravděpodobnost překročení 5–15 % silně nadnormální stav hladiny a jako mimořádně nadnormální jsou označeny stavy, které odpovídají nejvyšším 5 % pozorování. Hodnocení je prováděno jak pro jednotlivé objekty, tak souhrnně pro definované oblasti povodí.

Popis aktuální situace stavu sucha v rámci hydrometeorologické situace je pravidelně publikován v Týdenní zprávě o hydrometeorologické situaci a suchu na území ČR (obr. 7) http://portal.chmi.cz.

hydrologicke-sucho-obr7

Obr. 7. Stav hladiny podzemní vody v mělkých vrtech – týdenní zpráva ČHMÚ
Fig. 7. Groundwater levels in shallow monitoring wells – CHMI weekly report

Předpovědi hladin podzemní vody

Předpovědi hladin podzemní vody vycházejí nejčastěji z časových řad průměrných měsíčních hladin podzemních vod, z nichž je možno provádět středně dlouhé (sezonní) předpovědi. Prognózy ročních minimálních hladin se mohou stanovit korelační analýzou na základě regresní rovnice měsíčních průměrných hladin (například průměrná měsíční hladina v březnu jako nezávisle proměnná a průměrná měsíční hladina v září jako závisle proměnná). Pro dlouhodobé předpovědi nejlépe slouží časové řady ročních průměrných hladin s aplikací harmonické analýzy a autoregresního modelu.

Na obr. 8 jsou vyznačeny modelové hodnoty průměrných ročních hladin podzemních vod spočítané harmonickou analýzou s prognózou hladin.

hydrologicke-sucho-obr8

Obr. 8. Modelové a naměřené roční průměrné hladiny ve vrtu VB0129 Uhřičice
Fig. 8. Modelled and measured average annual groundwater levels in the monitoring well VB0129 Uhřičice

Každá předpověď je zatížena chybou předpovědi, tj. rozdílem mezi skutečnou a předpovídanou hodnotou. Stanovuje se přípustná chyba předpovědi
δ p = 0,674 s, kde s je směrodatná odchylka naměřených hodnot. Předpověď se považuje za přijatelnou, jestliže 80 % předpovídaných hodnot má chybu předpovědi nižší než je přípustná chyba předpovědi δp. Dále se může provést klasifikace předpovědního modelu. To je podíl směrodatných odchylek předpovídaných hodnot sp a směrodatných odchylek pozorovaných hodnot s. Předpověď může být dobrá (sp = 0,4), uspokojivá (0,6), slabá (0,8) a neuspokojivá.

V povodí Moravy byla provedena prognóza minimálních hladin mělkých zvodní v roce 2013 korelační analýzou ve 33 monitorovacích vrtech hlásné sítě základní mělké sítě podzemních vod. Nezávisle proměnnou byly průměrné měsíční hladiny v březnu a závisle proměnnou byly průměrné měsíční hladiny v září. V posuzovaném období poklesly průměrné měsíční hladiny o 0,05–0,95 m (průměr 0,34 m). Celkem 85 % předpovídaných hodnot mělo chybu předpovědi nižší, než byla přípustná chyba předpovědi δp , tzn., že předpověď byla přijatelná.

Uvedené prognózy hladin podzemní vody se vztahují k monitorovanému vrtu. Pro praktickou aplikaci prognóz je nutná plošná extrapolace, pro niž je nutno zvolit indikační vrt. Indikační vrt musí být situován v blízkosti míst, pro něž se má prognóza extrapolovat a nesmí být ovlivněn odběry podzemní vody. Musí mít analogické podmínky jako monitorovací vrt, v němž byla provedena prognóza. Jedná se o hydrogeologické podmínky pro tvorbu zásob podzemní vody, odtok podzemní vody, litologii a mocnost nenasycené a nasycené zóny, jejich propustnost, geomorfologické podmínky a zejména sezonní synchronii kolísání hladin atd. (Muzikář a Soukalová, 1988; Rétháti, 1983; Zalcberg, 1980). V indikačním vrtu se musí měřit hladiny podzemní vody alespoň po dobu dvou let souběžně s monitorovacím vrtem, pro nějž byla provedena prognóza a v němž probíhá dlouhodobý monitoring. Pro měsíční průměrné hladiny v obou vrtech se stanoví korelační závislost. Z regresní rovnice se dopočítá prognózní hladina v indikačním vrtu. Z korelačních závislostí vrtů s dlouhodobým monitoringem a s dvouletým monitoringem v povodí Dyje vyplynulo, že v krátkodobě monitorovaných vrtech je možno spolehlivě stanovit 90 % a přesněji 80 % hladiny (Muzikář a Soukalová, 1988).

Prognózní metodiky uvádí dále Heinrichsdorf (1969), Réthati (1983) či Zalcberg (1976, 1980).

Opatření pro řešení problematiky sucha

Pro řešení problematiky sucha doporučilo Ministerstvo životního prostředí kromě dlouhodobějších opatření i opatření operativní, obdobně jako u povodní: zavedení tří stupňů aktivit – bdělost, pohotovost a nebezpečí. Zpracovává se návrh indikátorů pro sucho a typové plány pro „dlouhodobé sucho“. Pro přípravu opatření při stavech bdělosti, pohotovosti a nebezpečí bude nutno zpracovávat prognózy minimálních hladin podzemní vody a zaměřit se i na plošnou extrapolaci prognóz. Z pohledu dlouhodobých poklesů hladin podzemních vod a jejich dopadu na využívané zdroje podzemních vod zastihuje v současnosti stav „pohotovost“ pravděpodobně 10 % obyvatel. Výskyt sucha a následné ohrožení zásobování pitnou vodou vyvolávají mimořádné situace, které musí řešit vodoprávní úřady. Jako opatření při mimořádných situacích mohou například vodoprávní úřady omezit nebo zakázat na nezbytně nutnou dobu nakládání s vodami podle platného povolení k odběru vody z vodního zdroje.

Velmi dobrým příkladem jsou stupně mimořádných stavů sucha v podzemních vodách, zpracované pro jímací území Litá (Finfrlová, 2009). Stupně mimořádných stavů sucha zpracovali hydrogeologové, pracovníci ČHMÚ a Vodovodů a kanalizací. Indikační hladinou je hladina v neovlivněném vrtu státní monitorovací sítě. Pro mimořádné stavy sucha v podzemních vodách byla navržena tato opatření:

  • Normální stav: 60% překročení hladiny;
  • Bdělost: 80% překročení hladiny, zmenšení intervalu měření hladin podzemní vody a hodnocení měsíčních předpovědí počasí;
  • Pohotovost: 90% překročení hladiny, částečné omezení spotřebitelů (výzvy k šetření), aktivace komise pro řešení nedostatku vody a příprava nouzového stavu;
  • Nouze: informování krizových složek, omezení spotřebitelů, neplatí omezení čerpání uvedená v rozhodnutí o nakládání s vodami z hlediska ochrany přírody.

Pro návrh mimořádných stavů sucha v podzemních vodách by bylo vhodné stanovit pro indikační vrt dříve uvedené prognózy minimálních hladin. Řešení dodávky vody a ekologických rizik při výskytu sucha vede ke střetu zájmů, při kterých se přednostně řeší zájmy ochrany přírody. Naše legislativa by měla vést k řešení problematiky rozumnými kompromisy, při nichž bude dosažena rovnováha mezi ekologickými, sociálními i ekonomickými hledisky.

V důsledku vzájemného ovlivňování podzemních a povrchových vod a pro dosažení jejich dobrého stavu při jejich využívání je nutný integrovaný přístup, tzv. integrovaný management vodních zdrojů (water resources management) – UNESCO 2012.

Opatření pro zmírnění dopadů sucha v podzemní vodě zahrnují rovněž zlepšení retenčních schopností krajiny spojené s revitalizací krajiny a efektivnější hospodaření se srážkovými vodami.

Závěr

Výskyt sucha v podzemních vodách, které jsou významnou složkou oběhu vody v přírodě a jsou v interakci s povrchovými vodami a dalšími složkami životního prostředí, může vést ke krizovým situacím jak ve složkách životního prostředí, tak i v zásobování obyvatelstva pitnou vodou a v zemědělské výrobě. Z tohoto důvodu je nezbytné zpracovat dlouhodobá opatření pro řešení problematiky sucha, včetně prognóz minimálních hladin a zlepšování retenčních schopností krajiny a efektivnějšího hospodaření se srážkovými vodami.

Posted by & filed under Hydraulika, hydrologie a hydrogeologie.

pozorovani-vyparu_obr1
Obr. 1  Srovnávací výparoměr

Výparoměrná stanice v Hlasivu u Tábora byla vybudována v roce 1957 v místech původní výzkumné meteorologické stanice a nyní je jedinou nezrušenou základní výparoměrnou stanicí na území ČR. Zaznamenává data o výparu z volné hladiny (obr. 1) spolu s dalšími meteorologickými prvky (tabulka 1) pro potřeby Výzkumného ústavu vodohospodářského T. G. Masaryka, v.v.i. Výpar z volné hladiny je jedním ze základních prvků vodní bilance. Jeho průměrná hodnota se v průběhu let mění vlivem postupující klimatické změny, stejně jako je tomu u dalších prvků hydrologické bilance. Data ze stanice v Hlasivu jsou přínosná pro studie posuzující vliv klimatické změny na hydrologickou bilanci, stejně tak pro stanovování rovnic pro jeho výpočet a obecně pro bližší poznání hydrologického cyklu. Význam pozorování je zvětšen potřebou kvantifikovat změny výparu vlivem probíhající změny klimatu. Současný systém financování výzkumu dlouhodobé úkoly nepodporuje, takže pokračování této jediné výparoměrné stanice v České republice s velkoplošným výparoměrem je ohroženo.

Tabulka 1. Seznam v současnosti měřených veličin
Výpar z volné hladiny (srovnávací výparoměr (obr. 1), GGI 3000, Class-A-Pann)Teplota půdy v hloubce 30 cm
Teplota vzduchu ve výšce 2 m nad povrchem zeměTeplota půdy v hloubce 50 cm

Relativní vlhkost vzduchu ve výšce 2 m nad povrchem země

Rychlost a směr větru 10 m nad povrchem země

Teplota půdy v hloubce 5 cm

Úhrn a intenzita srážek

Teplota půdy v hloubce 10 cm

Globální sluneční radiace

Teplota půdy v hloubce 20 cm

Teploty vody ve výparoměrech

Posted by & filed under Ze světa vodního hospodářství.

Sucho bylo a jistě i bude. Proč se v ČR začíná řešit právě teď? Vždyť již od poloviny 80. let byly v ČR pozorovány jevy, které mohou být považovány za důsledek probíhající klimatické změny.

Výskyt sucha není pro území ČR žádnou novinkou. Český hydrometeorologický ústav jakožto resortní organizace MŽP se problematice sucha stejně jako povodním věnuje dlouhodobě a komplexně.

Novinkou je to, že v dnešní době vnímáme jako riziko fakt, že se sucho může objevit poměrně neočekávaně. Dříve souviselo především s přirozenými meteorologickými událostmi, ovšem dnes vstupují do hry i zásahy člověka v krajině, které dlouhodobě ovlivňují například retenční schopnost krajiny, kromě toho nelze vyloučit ani vliv změn časového a prostorového rozložení srážek v důsledku změny klimatu.

Resort MŽP proto připravil ve spolupráci s ostatními resorty návrh Strategie přizpůsobení se změně klimatu v podmínkách ČR. Ta analyzuje dopady změny klimatu na jednotlivé oblasti lidské působnosti, mj. navrhuje adaptační opatření pro zvládání sucha, tedy zejména opatření zlepšující vodní režim krajiny.

Kromě toho jsme ve VÚV vloni spolu s Ministerstvem zemědělství založili meziresortní pracovní skupinu s názvem VODA-SUCHO. Ta reaguje na probíhající klimatické změny a připravuje koncepci s navrženými opatřeními, která bude potřeba realizovat, pokud období sucha nastane.

rozhovor-2

Prohlídka velké haly VÚV TGM s hydraulickým modelem

Jaký problém pro ČR z hlediska vodohospodářské struktury by znamenalo sucho? Jaké struktury by mohly být ohroženy?

Z cela zásadní vliv by sucho mělo na životní prostředí jako celek, samozřejmě i na zemědělství a průmysl.

Z hlediska životního prostředí sucho ohrožuje veškeré ekosystémy, které jsou přímo i nepřímo závislé na vodě, také kvalitu i kvantitu povrchových a podzemních vod. Případný nedostatek zásob vody by se odrazil v zásobování obyvatelstva a kromě dalších problémů znamená sucho i zvýšené riziko vzniku požárů.

Jaký význam mají z hlediska potencionálního sucha vodní nádrže při řešení negativních dopadů?

Vodní nádrže především umožňují akumulovat větší množství vody v době, kdy ještě není sucho, aby se pak zásoby mohly využít. Vodní nádrže pomáhají regulovat během sucha průtok ve vodních tocích pod nádržemi, například pro lepší ochranu vodních ekosystémů. Zásoby vody lze také využít pro závlahy na ochranu úrody.

Musím ale zdůraznit, že vodní nádrže zadržují vodu pouze ve vodním díle, přínos pro retenci vody mají spíše lokální. Pro udržení příznivého vodního režimu je nutné uplatňovat opatření v krajině, která podpoří přirozenou retenční schopnost krajiny a přispějí ke zvýšení její odolnosti vůči klimatické změně. Tedy například šetrně hospodařit na zemědělské půdě, pečovat o mokřady a nivy, pěstovat rozmanité lesní porosty a navracet vodní toky pokud možno do jejich původních koryt.

Jaký mají malé vodní nádrže potenciál ve srovnání s velkými nádržemi? Je to lepší cesta z pohledu Ministerstva životního prostředí?

V případě malých vodních nádrží bývají střety s dalšími veřejnými zájmy, jakými jsou ochrana přírody a krajiny i negativní dopady na životní prostředí a jeho složky, většinou malé a snadněji řešitelné, na rozdíl od přehradních nádrží. Vhodně navržené a provozované malé vodní nádrže zadržují vodu v ploše povodí rovnoměrněji.

Na druhou stranu každá budovaná vodní nádrž mění ekosystém tekoucí vody na ekosystém vody stojaté. A znamená zásah do přirozené morfologie a ekologie toku, který se stává pro některé vodní druhy neschůdnou překážkou v běžném životě, mění pohyb sedimentů na jeho dně, mění okysličení vody a její teplotu.

Při řešení problémů s nedostatkem vody by měla v první řadě dostat slovo tzv. „měkká“ opatření v krajině, to znamená remízy, mokřady, protierozní opatření, revitalizace vodních toků a niv, případně stavba malých vodních nádrží.

Se suchem je spojeno vyšší riziko požárů. Jakým způsobem chce toto riziko ministerstvo řešit?

Ve zmíněné meziresortní komisi VODA-SUCHO působí i Ministerstvo vnitra a složky integrovaného záchranného systému. Problematika rizika požárů se řeší v našich koncepčních materiálech k problematice sucha, které právě připravujeme.

Letos na jaře byla zřízena meziresortní komise VODA-SUCHO pro řešení problematiky sucha napříč různými sektory. Co od této skupiny očekáváte?

Meziresortní komise VODA-SUCHO sleduje cíl zamezit negativním dopadům sucha na území ČR. Prvním jejím výstupem je návrh preventivních opatření, dále nastavení legislativy tak, aby bylo možné za vzniku sucha s takovou situací efektivně nakládat. Mimo to navrhuje ekonomická, environmentální a technická opatření, která přispějí k předcházení vzniku sucha na území ČR. Tento materiál bude předložen ke schválení vládě ČR v průběhu následujících týdnů.

Přestože podzemní vody jsou kvalitnější zdroj než vody povrchové, je jejich čerpání dlouhodobě levnější. Jaký na to máte názor?

Nesouhlasím s dnešní situací, která ekonomicky upřednostňuje využívání zdrojů podzemních vod před povrchovými. Zvláště když se zamyslíte nad tím, že pod zemí máme ve srovnání s povrchovými vodami velmi kvalitní vodu a že její zásoby jsou omezené. Logicky by proto měly být tyto zdroje vod cennější. Proto MŽP navrhuje legislativní změny, které povedou k větší ochraně zdrojů podzemních vod.

rozhovor-1

Návštěva ministra MŽP R. Brabce ve VÚV TGM

Jak se Ministerstvo životního prostředí dívá na nové možnosti recyklace vody, např. opětovné využití vyčištěné odpadní vody k zavlažování v zemědělství?

Nové možnosti recyklace vod vítáme. Očekávanému poklesu využitelných vodních zdrojů je možno předcházet i zaváděním a podporou systémů pro další užití vod jako užitkových a systémů pro recyklaci vod, zejména opětovného využití málo znečištěných nebo částečně vyčištěných odpadních vod a vod srážkových.

Problematiku závlah v zemědělství s využitím recyklované vody samozřejmě bude gesčně řešit resort Ministerstva zemědělství.

Jak by ministerstvo vylepšilo management srážkových vod?

Základem řešení podle vodního zákona je decentralizovaný systém hospodaření se srážkovými vodami, který podporuje vsak, retenci, případně využití srážkové vody přímo na pozemku stavebníka.

Pro efektivní odvádění srážkových vod v urbanizovaných oblastech je vhodné zavádět systémy přírodě blízkého odvodnění i na dopravních plochách, a to pomocí zatravněných pásů, propustných povrchů, systémů povrchového odvádění srážkových vod do retenčních a vsakovacích objektů. A také podporovat zřizování vsakovacích technologií na dešťové kanalizaci.

Dále by měly být principy hospodaření se srážkovými vodami promítnuty do územního plánování. Plošný rozvoj obcí, myslím tím vymezení větších zastavitelných ploch, je nutné provádět se zohledněním místních odtokových poměrů a spojit vše s koncepcí odvodnění území v širších územních souvislostech. Tuto problematiku řešíme ve Strategii přizpůsobení se změně klimatu v podmínkách ČR.

Jaký význam mají systémová opatření v krajině při řešení sucha, resp. povodní?

Realizace těchto opatření, k nimž patří třeba obnova krajinných prvků, revitalizace vodních toků, niv a mokřadů, dále podpora přirozených rozlivů v ploše povodí, budování malých vodních nádrží s ekosystémovými funkcemi, pozemkové úpravy a změna zemědělského i lesního hospodaření přispívá k dlouhodobému zvýšení zásob vláhy v půdě, podzemních vod v povodí a k dobré funkci malého vodního oběhu vody v krajině. Samozřejmě má i významný synergický efekt, díky němuž se významně snižují pořizovací a provozní náklady. Taková opatření totiž napomáhají řešit problematiku sucha a současně podstatným způsobem přispívají k řešení protipovodňové ochrany i adaptace na změnu klimatu.

Redakce

Posted by & filed under Ze světa vodního hospodářství.

Náprava nevhodného stavu krajiny je již dlouhodobě podporována prostřednictvím dotačních programů Ministerstva životního prostředí. Nejvýznamnějším programem v gesci MŽP, co do objemu finančních prostředků, je Operační program životní prostředí. V programovém období 2007–2013 bylo z OPŽP v rámci Prioritní osy 6, oblasti podpory 6.3 – Obnova krajinných struktur a 6.4 – Optimalizace vodního režimu krajiny podpořeno přes 2 000 projektů v objemu cca 8 mld. Kč a dále byly podporovány realizace protipovodňových opatření v rámci oblasti podpory 1.3 v celkové finanční alokaci 3,3 mld Kč. V rámci těchto oblastí podpory byla podpořena opatření směřující k zvyšování ekologické stability krajiny, jakými jsou realizace prvků územních systémů ekologické stability, zakládání a obnova krajinných prvků, břehových porostů a historických krajinných struktur, opatření k zachování a celkovému zlepšení přírodních poměrů v lesích, rekonstrukce, obnova a odbahnění vodních nádrží a rybníků včetně rekonstrukce výpustných zařízení a bezpečnostních přelivů, dále opatření proti vodní erozi, obnova území pro přirozený rozliv povodní, obnova mokřadů a revitalizace vodních toků a niv atd. V novém programovém období – OPŽP 2014–2020 budou tato opatření nadále podporována v Prioritní ose 4 – Ochrana a péče o přírodu a krajinu, s alokací na specifický cíl 4.3 – Posílit přirozené funkce krajiny cca 4 mld. Kč. Podpora menších, finančně méně náročných projektů (řádově do set tisíc Kč) s obdobným tematickým zaměřením je možná z národních programů – Programu péče o krajinu a programu Podpora obnovy přirozených funkcí krajiny. Žadateli mohou být fyzické i právnické osoby. Příjmem žádostí o podporu a administrací žádostí o podporu zmíněných typů opatření v rámci všech tří uvedených programů je pověřena Agentura ochrany přírody a krajiny ČR.

Dále v rámci nového programového období OPŽP 2014–2020, i v prioritní ose 1 budou v rámci specifického cíle 3 podporována opatření pro zajištění povodňové ochrany intravilánu, v rámci specifického cíle 4 preventivní protipovodňová opatření. Konkrétně se jedná v rámci SC 1.3 o zprůtočnění nebo zvýšení retenčního potenciálu koryt vodních toků a přilehlých niv, zlepšení přirozených rozlivů, hospodaření se srážkovými vodami v intravilánu a jejich dalšího využití namísto jejich urychleného odvádění kanalizací do toků, obnova, výstavba a rekonstrukce, popř. modernizace vodních děl sloužící povodňové ochraně, v rámci SC 1.4 o analýzu odtokových poměrů včetně návrhů možných protipovodňových opatření, budování, rozšíření a zkvalitnění varovných, hlásných, předpovědních a výstražných systémů na lokální i celostátní úrovni a digitální povodňové plány.

Řešení již vzniklých staveb urychlujících odtok intravilánových srážkových vod nabízí Operační program Životní prostředí 2014–2020, který umožňuje čerpání finančních prostředků na hospodaření se srážkovými vodami v intravilánu a jejich další využití namísto jejich urychleného odvádění kanalizací do toků. Podporována budou opatření na odpojení srážkových vod, jejich retenci v intravilánu, znovuvyužití srážkových vod či řízené manipulace a jejich odvádění do toku. Jedná se například o přírodě blízké retenční nádrže v intravilánu obce či podzemní zasakovací nádrže.

Posted by & filed under Ze světa vodního hospodářství.

Od poloviny 80. let 20. století dochází na území ČR k prokazatelnému zvyšování teploty vody málo ovlivněných povrchových toků jako důsledek probíhající klimatické změny. Podle standardizovaného průměru byl zaznamenán nárůst teploty vody o 1,15 °C za 28 let (Hrdinka aj., 2015), což odpovídá pesimistickému klimatickému scénáři HIRHAM A2, který předpokládá nárůst teploty vzduchu o 2–3 °C do konce 21. století. Současné modely sice předpokládají značnou nejistotu ve změně celkového ročního úhrnu srážek na území ČR, nicméně s poměrně velkou jistotou předpovídají zvětšující se sezonalitu srážek (v létě méně, v zimě více). A to se zvyšující se evapotranspirací do budoucna představuje zejména v letních měsících značné riziko vzniku sucha regionálního až nadregionálního významu, přičemž se nemusí nutně jednat o již v současnosti suchem postihované oblasti Rakovnicka, Žatecka nebo jižní Moravy.

S vědomím výše uvedeného a v přímé reakci na signifikantní epizodu sucha z přelomu let 2013 a 2014 byly z iniciativy ministra životního prostředí Mgr. Richarda Brabce ve spolupráci s VÚV TGM, v.v.i., učiněny kroky ke vzniku pracovní skupiny SUCHO, která by formulovala výčet opatření proti negativním dopadům potenciálního sucha vedoucí k předejití krizové situace vyvolané jeho výskytem a následným nedostatkem vody. Na prvním jednání pracovní skupiny dne 9. 4. 2014 bylo konstatováno, že problematice povodní bylo za posledních dvacet let na základě významných povodňových událostí věnováno značné úsilí, které vedlo k dnešní uspokojivé připravenosti z legislativního, organizačního i technického hlediska. Cílem zmíněné pracovní skupiny bylo tedy připravit materiál použitelný pro vytvoření rozsáhlejší koncepce, která by v blízké až střednědobé budoucnosti zajistila obdobnou komplexní připravenost z hlediska problematiky sucha.

V tomto ohledu bylo třeba oslovit již existující pracovní skupinu VODA, zřízenou ministrem zemědělství Ing. Marianem Jurečkou v roce 2013 při VÚMOP, v.v.i., tak, aby se problematika sucha po dvaceti letech začala řešit integrálně, napříč zmíněnými resorty, k čemuž se jednohlasně vyjádřili i delegáti Národního dialogu o vodě v Medlově v červnu 2013. Spolupráce byla s ohledem na příznivou politickou situaci navázána po dohodě obou ministrů v červenci 2014, v srpnu 2014 došlo k sjednocení dokumentů obou pracovních skupin, návrhu členů výkonného výboru a poradního orgánu budoucí komise a dne 9. 10. 2014 se uskutečnilo ustavující jednání výkonného výboru meziresortní komise VODA–SUCHO. Zde došlo pod vedením obou spolupředsedů komise Mgr. Marka Riedera a Ing. Jiřího Hladíka, Ph.D., k projednání sloučeného dokumentu opatření, který byl následně doplněn o další opatření z řad výkonného výboru (v současnosti 17 členů z MŽP, MZe, MV, MPO, MMR a jejich zřízených organizací a dalších subjektů) a poradního orgánu komise (v současnosti 31 členů z akademické/vědecké obce a dalších dotčených subjektů) a během podzimu 2014 podroben rozsáhlému připomínkování všemi členy komise.

Druhé jednání výkonného výboru komise proběhlo dne 19. 2. 2015, kdy byli členové obou orgánů komise oficiálně jmenováni ministry MŽP a MZe
a finálně byl připomínkován dokument opatření, který byl v dubnu odeslán do meziresortního připomínkového řízení, ukončeného dne 30. 4. 2015. Po vypořádání připomínek byl dokument opatření postoupen Vládě ČR, která jej dne 29. 7. 2015 vzala na vědomí a přijala k němu usnesení s úkoly pro zainteresovaná ministerstva.

Dokument obsahuje obecný úvod do problematiky sucha včetně předkládací zprávy, zdůvodňující jeho potřebnost, a dále výčet přibližně padesáti konkrétních opatření proti negativním dopadům sucha v osmi dílčích kapitolách (monitorovací a informativní opatření, dále opatření legislativní, organizační a provozní, ekonomická, technická, environmentální a jiná), včetně gescí jednotlivých ministerstev a termínů jejich realizace. Opatření spočívají především ve zpracování odborných studií, které mají posoudit aktuální stav systému z hlediska připravenosti na sucho (z hlediska infrastruktury, související legislativy, využití ekonomických nástrojů, získávání a přenosu informací aj.) a především navrhnout jeho revizi a doplnění za účelem zvýšení jeho robustnosti a efektivity při předcházení a řešení možných negativních dopadů sucha.

Realizace jednotlivých opatření uvedených v dokumentu následně poslouží jako ideový, informační a metodologický základ pro vznik rozsáhlejší koncepce řešení problematiky negativních dopadů výskytu sucha a nedostatku vody
s předpokládaným termínem vzniku k datu 30. 6. 2017.

Poděkování

Na tomto místě bych jako tajemník komise rád poděkoval všem členům komise a tajemnici Ing. Petře Kulířové za spolupráci na přípravě dokumentu opatření. Věřím v další úzkou spolupráci při jejich realizaci a přípravě budoucí koncepce.

Posted by & filed under Ze světa vodního hospodářství.

Ochrana vodních zdrojů a rizika spojená s nedostatkem vody jsou témata, která rezonují napříč celou společností. Podle odhadů Informačního centra OSN bude v roce 2025 na světě žít přibližně 8 miliard lidí. S nárůstem populace bude přímo úměrně narůstat i spotřeba a potřeba vody. V současnosti je bez běžného přístupu k vodě přes 760 milionů lidí.

Dnes víceméně neexistuje obor lidského podnikání, který by se obešel bez vody. Přístup firem k nakládání s vodou se tak promítá do všech tří základních oblastí společenské odpovědnosti firem (CSR) – ekonomické, environmentální i sociální. Na zmíněné oblasti soustředí společnost HEINEKEN pozornost prostřednictvím globálního programu Brewing a Better World, který představuje dlouhodobý přístup k budování sdílených a udržitelných hodnot.

HEINEKEN je pivovarnická společnost s největším globálním působením. Piva značek patřících společnosti jsou k dispozici po celém světě, pivo se vaří v 70 zemích a celkem HEINEKEN spotřebuje 834 milionu hektolitrů vody na výrobu téměř 200 milionů hektolitrů piva, a proto firma cítí silný závazek vůči společnosti a voda je skutečnou prioritou v rámci našich udržitelných aktivit globálně i lokálně.

Heineken

Voda je pro HEINEKEN samozřejmě také klíčovou surovinou, vždyť pivo je z 95 % voda. Ochrana vodních zdrojů patří do bodů odpovědného a udržitelného podnikání, to vše je součástí firemní DNA společnosti HEINEKEN. Na poli udržitelného rozvoje zůstává dlouhodobou ambicí společnosti stát se do roku 2020 nejodpovědnějším výrobcem piva na světě. HEINEKEN si v tomto směru předsevzal několik globálních závazků, kterých chce v následujících pěti letech dosáhnout. Mezi závazky patří: snižování specifické spotřeby vody v pivovarech o 30 % na 3,5 hl/hl a snaha o kompenzaci spotřebované vody v oblastech s nedostatkem vody a v ohrožených oblastech, jako je například Afrika.

V České republice připadá na roční spotřebu výroby piva přibližně osm milionů hl vody. V rámci cílů programu Brewing a Better World v oblasti ochrany vodních zdrojů dosahuje HEINEKEN Česká republika mimořádných výsledků, v celé skupině HEINEKEN je spotřeba vody v ČR jedna z nejnižších.

Kdo chce řídit, musí vědět, kdo chce vědět, musí měřit

Dobrých výsledků v ČR dosahujeme díky propracovanému systému měření. Každý proces je detailně analyzován a je nastavena minimální nutná spotřeba vody pro zachování přínosu a spolehlivosti výrobního procesu. Spotřebu vody se rovněž daří snižovat díky neustálým inovacím, jako je například opětovné využití vody, pokud to technologický postup dovoluje.

Výsledky tohoto úsilí mluví za vše. V loňském roce klesla měrná spotřeba vody ve společnosti HEINEKEN ČR z 3,7 hl/hl na 3,5 hl/hl. Spotřeba hl vody na hl vyrobeného piva tak představuje 5% pokles. V pivovaru Starobrno dokonce vaříme i se spotřebou 2,5 hl vody na hl vyrobeného piva. Spotřebou vody se řadíme s pivovarem Starobrno na 4. místo v rámci celé skupiny HEINEKEN, což je vzhledem k jeho velikosti mimořádný výkon.

Získat zaměstnance a lokální komunity pro dobrou věc v oblasti vody je základ

Technická a technologická zdatnost je ovšem jen jedna strana mince. Na té druhé jsou lidé. Ať už ti, kteří v pivovaru pracují, tak ti, na které pivovar působí, jako jsou komunity v oblasti činnosti našich pivovarů.

Proto jsme se aktivně pustili do podpory aktivit v regionech a chceme být dobrým partnerem místních komunitních a regionálních organizací. U příležitosti Mezinárodního dne firemního dobrovolnictví (Engage Day) se zaměstnanci společnosti HEINEKEN ČR pravidelně zapojují do regionálních aktivit a pomáhají chránit a udržovat vodní zdroje, které mají i vazbu na naše pivovary. V loni se pomoc týkala konkrétně CHKO Křivoklátsko a CHKO Moravský kras. Do projektu se zapojilo téměř 70 zaměstnanců společnosti.

Pro zlepšení retence vody v krajině podporuje HEINEKEN ČR monitorování mokřadů s Českých svazem ochránců přírody. Mokřady jsou totiž nedílnou součástí naší přírody a také přírodními rezervoáry vody. Dnes patří mezi jedny z nejohroženějších ekosystémů. Z nedávných výzkumů vyplývá, že za posledních 60 let zmizelo v České republice přes 950 000 ha těchto ploch. Díky projektu Naše mokřady se od začátku kampaně podařilo objevit a zmapovat přes 140 těchto unikátních ekosystémů. Spousta jich ale stále zůstává na okraji zájmu.

S ostatními firmami za osvětu a lepší podmínky pro vodu

HEINEKEN je třetím nejsilnějším hráčem na tuzemském pivním trhu. Míra takové odpovědnosti představuje jistý závazek. V oblasti ochrany vodních zdrojů nezůstává HEINEKEN pouze u aktivit své společnosti, naopak se snaží získávat širší podporu, být vzorem a strhávat touto iniciativou i ostatní firmy.

Heineken-Engage-Day

Firemní dobrovolnictví v rámci Engage Day, Starobrno

Proto v roce 2013 byl spoluzakladatelem a generálním partnerem konference Voda 2013, která pod záštitou OSN slouží jako platforma komunikace mezi společnostmi a ostatními zainteresovanými osobami z řad odborníků, neziskových organizací a zástupců dalších zájmových skupin. Tato konference se stala již tradicí a v roce 2015 se konal její třetí ročník.

Tyto aktivity vyústily ve spolupráci s Byznysem pro společnost, což je největší odborná platforma pro sdílení a šíření principů Společenské odpovědnosti firem a udržitelného podnikání v České republice. V roce 2013 iniciovala společnost HEINEKIEN ČR založení Tematické expertní skupiny Voda (TES), která se zaměřuje na identifikaci hlavních problémů týkajících se vody a byznysu v Česku. Díky svým expertním zkušenostem jsme byli spolutvůrci brožury Firmy a voda, kterou TES připravila jako manuál a osvětu pro společnosti, které se vodou v rámci svého odpovědného podnikání chtějí více zabývat, ale zatím jim chybí patřičné know-how. Na tuto činnost navázalo v následujícím roce prohlášení Firmy a voda 2014+, ve kterém se největší české společnosti zavazují k šetrnému nakládání s vodou ve firemním sektoru a osvětě.

Hlavními cíli Tematické expertní skupiny Voda i HEINEKENu je do budoucna silnější komunikace a osvěta týkající se tématu vody a především lepší a více motivující podmínky pro firmy. Proto vedeme dialog se zástupci státu a chceme poskytovat podněty pro možná zlepšení. Mnohá z nich mohou jen nepatrnými změnami legislativy napomoci výraznému zjednodušení environmentálních investic (integrovaná povolení, definice BAT atd.) nebo zjednodušit monitorování a reportování (sloučení hlášení požadovaných vodním zákonem do jednoho formuláře apod.). Pozitivní je, že pracovníci státní správy jsou dialogu otevření a spolupracují s námi na zlepšení podmínek pro vodu v naší zemi.

Posted by & filed under Ze světa vodního hospodářství.

Úvod

Global Water Partnership (GWP) bylo založeno společně Švédskou agenturou pro mezinárodní rozvoj (SIDA; Swedish International Development Agency), Rozvojovým programem OSN (UNDP; United Nations Development Programme) a Světovou bankou roku 1996, jako mezinárodní síť za účelem vytvoření sjednoceného přístupu k využívání vodních zdrojů (IWRM; Integrated Water Resources Management), jenž definuje jako proces, který prosazuje sjednocený rozvoj a využívání vody, krajiny a souvisejících zdrojů k maximalizaci ekonomického a sociálního blahobytu s ohledem na udržitelnost ekosystémů a životního prostředí. Hlavní sídlo organizace je ve Stockholmu (www.gwp.org).

global-water-partnership
Mapa regionálních subdivizí Global Water Partnership

GWP je strukturalizováno jako síť otevřená všem organizacím zabývajícím se využíváním vodních zdrojů, kam spadají vládní organizace rozvojových i rozvinutých zemí, nevládní a mezinárodní organizace (agentury OSN, rozvojové banky), výzkumné a vzdělávací instituce, profesní sdružení i soukromý sektor. Nyní se GWP síť skládá z více než 3 000 partnerských organizací ve 173 zemích, 85 státních partnerství a 13 regionálních subdivizí (západní Afrika, východní Afrika, jižní Afrika, centrální Afrika, jihovýchodní Asie, jižní Asie, centrální Asie a Kavkaz, Čína, Středomoří, Karibik, Jižní Amerika, střední Amerika a střední a východní Evropa).

Česká Republika spadá do regionální subdivize pro střední a východní Evropu (GWP CEE) společně s Estonskem, Lotyšskem, Litvou, Maďarskem, Moldávií, Bulharskem, Rumunskem, Polskem, Ukrajinou, Slovenskem a Slovin-skem. Partnerem za Českou republiku je Výzkumný ústav vodohospodářský T. G. Masaryka, na řešení projektu IDMP se podílí Výzkumný ústav meliorací a ochrany půdy.

Strategie Towards 2020

Dne 21. března 2014 představila GWP v rámci oslav Světového dne vody OSN v Tokiu novou strategii plnění do roku 2020. Tato strategie je podložená dialogy a konzultacemi v rozsáhlé síti partnerů a předchozími úspěchy a prací sítě GWP. Podle předsedkyně řídicí komise GWP Dr. Ursuly Schaefer-Preussi, se tato nová strategie zaměřuje na potřebu nových multisektorových přístupů, které mohou poukázat nejen na možné příležitosti, ale také na rizika spojená s udržitelným hospodařením s vodními zdroji v kontextu klimatické změny, dynamického rozvoje urbanizace a narůstajících nerovností ve společnosti.

Tato nová strategie tematicky dělí problematiku do šesti kategorií – klimatická změna, mezinárodní spolupráce, produkce potravin, urbanizace, energetika a ekosystémy. K jejich řešení stanovuje tři strategické cíle:

Urychlení změny správní politiky a praxe

Vývoj efektivní správy, založený na komplexních a vzájemně podpůrných přístupech, nařízeních, partnerstvích, procesech a sdílení informací. Pro Českou republiku bude tento cíl prosazován regionálními dialogy o plánech povodí a přeshraničních povodích, národními dialogy o významných problémech hospodaření s vodou, integrovaným programem řízení sucha a programem udržitelná sanitace.

Vytváření a sdílení znalostí

Vývoj partnerské kapacity ke sdílení znalostí rozvoje spravování a využívání vodních zdrojů. Pro ČR to představuje posílení rozvoje a vytváření kapacit, rozvoje venkova, programů pro mládež a integrovaného programu řízení sucha.

Posílení partnerství

Zlepšení efektivity a životaschopnosti sítě GWP upevňováním partnerství, rozšiřováním řad partnerských organizací k urychlení změny, prohloubení vzdělávání a zajištění finanční udržitelnosti. Pro ČR jde zejména o zapojení klíčových regionálních organizací a zviditelnění regionální subdivize pro střední a východní Evropu (GWP CEE).

Integrovaný program řízení sucha (IDMP; Integrated Drought Management Programme)

Ideou tohoto programu je v širším hledisku flexibilně reagovat na dopady sucha, snížit ekonomické a sociální ztráty a zmírnit chudobu v suchem zasažených regionech světa, a to pomocí integrovaného přístupu k řízení sucha, jež propojuje všechny sektory, disciplíny a právní nařízení a odpovídá specifickým regionálním a státním potřebám a požadavkům.

Cílem plnění této idey je podpora všech zájmových stran na všech úrovních, a to pomocí poradenství ve správě a využívání, sdílení vědeckých informací, vědomostí a nejlepších praktik pro integrované řízení sucha. Díky zlepšování vědeckého porozumění a vkladů pro řízení sucha, monitoringu, předpovědi a včasného varování a legislativních opatření chce tento integrovaný program snižovat rizika vzniku sucha a dosáhnout změny z reaktivního přístupu na přístup proaktivní (http://www.droughtmanagement.info/).

Integrovaný program řízení sucha (IDMP) zahrnuje tři regionální programy (Central and Eastern Europe – IDMP CEE, the Horn of Africa – IDMP HoA, West Africa – IDMP WAF). Vlastní idea programu se rozvíjí od roku 2011, v roce 2013 byl program potom GWP a Světovou meteorologickou organizací (WMO) zahájen. Za regionální subdivizi pro střední a východní Evropu (CEE) se na jeho realizaci podílí deset zemí, Českou republiku zastupuje Výzkumný ústav meliorací a ochrany půdy, který v rámci tohoto programu mimo jiné řeší demonstrační projekt zaměřený na zvýšení zadržovací kapacity půdy v zemědělství. V rámci programu jsou také organizovány mezinárodní workshopy a národní konzultační dialogy. V rámci řešení tohoto programu vznikla publikace National Drought Management Policy Guidelines – A Template for Action. Ukončení řešení první části tohoto programu se předpokládá na konci roku 2015.

Posted by & filed under Ze světa vodního hospodářství.

Dne 13. května 2015 proběhlo zasedání valné hromady České vědeckotechnické vodohospodářské společnosti. Zápis z této valné hromady je uveden níže.

Zápis jednání valné hromady ČVTVHS, z.s.

Místo konání: sál č. 417, Klub techniků, Novotného lávka 5, Praha 1
Datum zasedání: 13. května 2015, 10.00 hod.
Jednání zahájil: předseda společnosti prof. Ing. Vojtěch Broža, DrSc.
Jednání řídil: místopředseda společnosti Mgr. Mark Rieder
Přílohy: Usnesení valné hromady, text upravených stanov a Pravidel pro správu ČVTVHS, z.s.

Program valné hromady:

1. Zahájení

Po formálním zahájení předsedající Mgr. Mark Rieder přivítal kromě přítomných členů ČVTVHS, z.s., kandidátů voleb do výboru i kontrolní komise i hosty: prof. Ing. Jaromíra Volfa, DrSc., předsedu ČSVTS, Ing. Danu Lídlovou z MZe, zastupující ředitelku odboru vodohospodářské politiky a protipovodňových opatření MZe Ing. Binhackovou, Ing. Evžena Zavadila, zástupce ředitele odboru Ochrany vod MŽP a posléze i Ing. Václava Stránského, šéfredaktora časopisu Vodní hospodářství.

2. Volba mandátové a návrhové komise

Do společné mandátové a volební komise byli navrženi a zvoleni Ing. Josef Bucek, Ing. Petr Kuba, Ph.D., Ing. Miroslav Tesař, CSc., Dr. Ing. Antonín Tůma. Do návrhové komise byli navrženi a zvoleni Ing. Zdeněk Barták, Ing. Radomír Muzikář, CSc., a Ing. Jan Vašátko.

3. Zpráva o činnosti ČVTVHS, z.s., v roce 2014

Zprávu přednesl předseda společnosti prof. Ing. Vojtěch Broža, DrSc. Informoval v ní o pozici a možnostech společnosti v rámci celkové situace ve vodním hospodářství, o odborné činnosti i činnosti výboru zvlášť a o zahraničních vztazích společnosti. Kromě toho předseda společnosti sdělil, že výbor v létě loňského roku kooptoval Mgr. Marka Riedera, ředitele VÚV TGM, v. v. i., který byl pak v listopadu 2014 zvolen místopředsedou výboru.

4. Zpráva o hospodaření v roce 2014 a návrh rozpočtu
na rok 2015

V materiálech valné hromady dostali účastníci tabelární přehled hospodaření a návrh rozpočtu, který byl tajemníkem společnosti Ing. Václavem Bečvářem, CSc. komentován.

Hospodaření v roce 2014 namísto v rozpočtu předpokládané ztráty 431 tis. Kč skončilo ztrátou pouhých 11 615 Kč. Bylo to důsledkem zejména finančně úspěšné většiny uspořádaných odborných akcí a do značné míry i pokračujícího trendu šetření.

Rozpočet na rok 2015 se navrhuje jako deficitní s předpokládanou ztrátou 144 tis. Kč, která by měla být pokryta přebytky z minulých let. Téměř všechny položky rozpočtu jsou předpokládány ve výši srovnatelné s rokem 2014, pouze Ostatní výnosy a Přijaté příspěvky zohledňují optimistický odhad finančních výsledků odborných akcí a zvýšený příjem členských příspěvků v souladu s jejich schválenou úpravou.

Po loňském schválení finančního vypořádání s ČPV po jeho osamostatnění byla splněna povinnost převést do konce srpna 2014 celkem 522 tis. Kč na účet ČPV, v březnu 2015 pak bylo převedeno dalších 500 tis. Kč spolu s odpovídajícími úroky 3 252 Kč. Do konce ledna 2016 bude převedeno i zbývajících 500 tis. Kč, opět s odpovídajícími úroky.

5. Zpráva kontrolní komise

Zprávu přednesl člen komise Ing. Vladimír Pytl. Konstatoval souhlas KK se způsobem řízení společnosti výborem, s výsledky hospodaření v roce 2014 a s návrhem rozpočtu na rok 2015 a doporučil valné hromadě, aby předložené zprávy schválila.

6. Zpráva mandátové komise

Valné hromady se zúčastnilo 25 účastníků s jedním hlasem a 20 pověřených zástupců kolektivních členů původně s vahou pěti hlasů, což tvoří celkovou váhu hlasů 125 ze 170 možných. Valná hromada byla v celém svém průběhu usnášeníschopná a všechna hlasování byla schválena většinou s abstencí 3 až 6 hlasů, popř. jednomyslně.

7. Rozšíření programu valné hromady

Tajemník Ing. Bečvář, CSc., seznámil účastníky s návrhem rozšířit program o souhlas s ukončením činnosti pobočných spolků při Slováckých vodárnách a kanalizacích, a.s., Uherské Hradiště, Vodárenské akciové společnosti a. s., Třebíč a Vodovodech a kanalizacích Přerov, a. s., a to s účinností od 1. 1. 2016. Požádal také o souhlas se jmenováním likvidátorů zmíněných pobočných spolků. Rozšíření programu i oba zmíněné návrhy byly schváleny, podrobné údaje jsou uvedeny v usnesení valné hromady.

8. Návrh a schválení úpravy stanov ČVTVHS, z.s.

Návrh úpravy stanov byl v předběžné podobě distribuován členům ČVTVHS elektronicky. Vysvětlení přístupu výboru k těmto úpravám vesměs technického či zpřesňujícího charakteru přednesl člen výboru Ing. Jan Plechatý, který také odpovídal na dotazy a návrhy z pléna. Na závěr požádal valnou hromadu, aby navržené úpravy stanov schválila, a to s okamžitou účinností.

9. Návrh a schválení Pravidel pro správu ČVTVHS, z.s.

V souladu s usnesením valné hromady v roce 2014 připravil výbor návrh vnitřního předpisu, který umožní měnit se souhlasem valné hromady operativně obecně proměnlivé parametry členských příspěvků, hlasování, povinností členů výboru, kontrolní komise, odborných skupin, tajemníka apod., aniž by bylo nutné měnit stanovy. Vysvětlení jednotlivých ustanovení tohoto předpisu opět přednesl člen výboru Ing. Jan Plechatý a také v tomto případě odpovídal na dotazy a návrhy z pléna. V závěru požádal valnou hromadu, aby Pravidla pro správu ČVTVHS, z.s., schválila, a to s okamžitou účinností. Díky tomu se při dalším hlasování a při volbách používala rozdílná váha hlasů kolektivních členů, odvozená od počtu zaměstnanců, resp. přidružených osob.

10. Volby výboru a kontrolní komise

Se způsobem volby seznámil účastníky předseda společné mandátové a volební komise Ing. Miroslav Tesař, CSc. Voleb se zúčastnili všichni přítomní individuální a čestní členové společnosti a pověření zástupci kolektivních členů. Volební lístky byly s ohledem na rozdílnou váhu odlišeny barvou.

11. Čestné členství

Návrh na udělení čestného členství v České vědeckotechnické vodohospodářské společnosti dosavadnímu předsedovi ČVTVHS, z.s., prof. Ing. Vojtěchu Brožovi, DrSc., a dlouholetému tajemníkovi a dosavadnímu členu výboru Ing. Bohumilu Müllerovi, přednesl místopředseda výboru Mgr. Mark Rieder. Využil této příležitosti a novým čestným členům poděkoval za jejich dosavadní práci pro ČVTVHS, z.s. Návrh byl schválen a diplomy čestného členství byly pak předány.

12. Udělení diplomu akademika Ježdíka

Na svém 39. zasedání dne 19. března 2015 projednal výbor návrhy na udělení Diplomu ak. Ježdíka. Doporučení valné hromadě udělit první cenu RNDr. P. Soldánovi, Ph.D., za práci nazvanou „Vývoj komplexní strategie včasného varování a reakce v oblasti ochrany vod“ a druhou cenu RNDr. Jaroslavu Hrabalovi za práci „Vývoj a použití reaktivních bariér na bázi nanoželeza pro sanace kontaminovaných podzemních vod in situ“ přednesli Ing. Müller a Ing. Muzikář, CSc. Návrhy výboru byly schváleny, diplomy a ceny předali společně předseda výboru prof. Ing. V. Broža, DrSc., místopředseda výboru Mgr. M. Rieder a tajemník Ing. Václav Bečvář, CSc.

13. Vyhlášení výsledků voleb

Předseda společné mandátové a volební komise seznámil valnou hromadu s výsledky voleb. Bylo odevzdáno celkem 44 volebních lístků, z toho 20 od kolektivních členů s rozdílnou vahou 3, 5 a 7 hlasů a 24 od individuálních nebo čestných členů s vahou jedna. Jmenovitý výsledek voleb je součástí usnesení.

14. Diskuse

Diskuse byla vedena zejména k návrhu usnesení, návrhu úpravy stanov a návrhu Pravidel pro správu ČVTVHS, z.s. Bylo vzneseno a následně vysvětleno několik připomínek a přijato několik doplnění a oprav. Součástí diskuse byly i informace o konání připravovaných seminářů a konferencí ČVTVHS, z.s., i dalších souvisejících akcí, přípravě s valnou hromadou souvisejících právních předpisů apod.

15. Návrh a schválení usnesení

Návrh usnesení přednesl předseda návrhové komise Ing. Zdeněk Barták. Na žádost předsedajícího Mgr. Marka Riedera bylo pak usnesení schváleno.

16. Závěr

Dosavadní předseda společnosti prof. Ing. Vojtěch Broža, DrSc., poděkoval dosavadním členům výboru i kontrolní komise za přípravu valné hromady a zejména za práci odváděnou v celém uplynulém období, přítomným za aktivní účast a nově zvolenému výboru i kontrolní komise popřál úspěšné řízení ČVTVHS, z.s.,
v následujících letech.

Předsedající Mgr. Mark Rieder pak všechny účastníky valné hromady pozval na oběd do restaurace Klubu techniků a členům výboru připomněl, že po obědě se uskutení v sekretariátu společnosti první jednání výboru, ke kterému byli přizváni i členové dosavadního výboru a dosavadní kontrolní komise.

V Praze dne 13. května 2015

Zapsal: Ing. Václav Bečvář, CSc., tajemník společnosti
Schválil: prof. Ing. Vojtěch Broža, DrSc., předseda společnosti