V současné době je v kontextu rozvíjející se populace a probíhající klimatické změny stále více akcentována potřeba trvalého udržení množství a jakosti vody. Ochraně vody je v ČR věnována adekvátní legislativní opora i odborná pozornost. Přesto realizace účinných opatření, zejména na omezení plošného zemědělského znečištění, často naráží na překážky.
Výzkumný projekt NAZV QJ1620040 byl zahájen v roce 2016 s cílem komplexně řešit možnosti snížení kontaminace povrchových vod jak z plošných, tak bodových zdrojů nerozpuštěnými látkami, dusíkem a fosforem v povodích vodních zdrojů. Hlavním cílem projektu QJ1620040 do konce období řešení (31. 12. 2018) je navrhnout komplexní postup pro snížení kontaminace povrchových vod jak z plošných (zejména zemědělských), tak bodových zdrojů nerozpuštěnými látkami, dusíkem a fosforem v povodích vodních zdrojů.
Na základě konzultací s podnikem Povodí Moravy, s. p., byla vybrána dvě modelová území v povodí Svratky: povodí Bílého potoka (u Poličky) a Kuřimky. V modelových povodích probíhá monitoring půd, sedimentů, kvality vody a hydrologických charakteristik a systematická terénní šetření.
Předmětem výzkumu je identifikace a analýza bodových a plošných zdrojů znečištění v modelových dílčích povodích řeky Svratky a následně optimalizace návrhů opatření pro udržení či potenciální zlepšení kvality povrchové vody. Pro splnění cíle v roce 2016, kterým bylo charakterizovat zájmová povodí Bílého potoka a Kuřimky relevantní data ČHMÚ a Povodí Moravy, s. Vedle shromáždění a analýzy vstupních podkladů s využitím metod GIS proběhly v obou zájmových povodích cílené terénní průzkumy.
Negativní dopady klimatické změny a eutrofizace
Negativní dopady klimatické změny se na území České republiky začínají projevovat dvěma způsoby. Na jedné straně se zvyšuje výskyt a intenzita extrémních srážek a v jejich důsledku je půda poškozována vodní erozí. Produkty eroze následně zanášejí vodní toky a nádrže, snižují jejich jímací kapacitu a negativně ovlivňují i kvalitu vody. Z výsledků údajů sledovaných ČHMÚ a modelových výpočtů vyplývá, že na území České republiky lze rovněž v důsledku klimatických změn předpokládat častější výskyt sucha, a to nejen v důsledku nedostatku srážek, ale také kvůli postupnému nárůstu teploty vzduchu a zvyšování výparu [1]. Těmito jevy nebude dotčeno pouze množství vody, ale také její kvalita. Pokud nedojde k omezení produkce z bodových a plošných zdrojů znečištění, budou stoupat koncentrace živin a rizikových látek ve vodách. Omezení tohoto rizika je v současné době vnímáno mj.
Čtěte také: Emise a OpenSymos: modelování
Vodní nádrže jsou systémy citlivé na nadbytek živin. Eutrofizace je v současnosti výrazný problém většiny větších nádrží, které mají povodí s antropogenním zatížením. Pro vodárenské nádrže je pak toto riziko ještě významnější. Je tedy třeba zabránit eutrofizaci těchto vodních nádrží, případně zmírnit její dopady, aby nebyl ohrožen odběr pitné vody. Bylo prokázáno, že rozvoj eutrofizace ovlivňuje především zatížení fosforem z bodových zdrojů (např. [3 a 4]). Redukce obsahu fosforu v biologických čistírnách odpadních vod prostřednictvím odstraňování fosforu do nově syntetizované biomasy obvykle nedostačuje k tomu, aby bylo dosaženo požadovaného snížení zbytkového znečištění v parametru Pcelk. Je proto třeba zavést čisticí operaci zaměřenou speciálně na fosfor.
Plošné zdroje znečištění a kritické oblasti
Mezi plošné zdroje potenciálního zemědělského znečištění povrchových vod řadíme plochy zemědělské půdy ležící bezprostředně při březích povrchových vodních toků a ploch, erozně ohrožené svahy orné půdy, lokality s výskytem půd s rizikem zrychlené infiltrace a vyplavování živin, včetně ploch orné půdy navazující na vybudované odvodňovací systémy. Kritické zdrojové plochy jsou obecně enklávy, kde se protínají zvýšené obsahy živin (N nebo P) v půdě s vysokým potenciálem tvorby či cesty rychlého povrchového či podpovrchového odtoku vody a jsou považovány za dominantní původce plošných zdrojů znečištění vod. V zahraničí jsou tyto lokality vymezovány řadou způsobů a přístupů, dnes převážně v GIS, založených na hodnocení odtokových linií či zón v kombinaci s plochami saturace [5, 6]. Kromě ploch s výskytem povrchového odtoku to mohou být dále půdy mělké, promyvné a/nebo odvodněné. Lokality s rizikem vyplavování živin z půdního profilu je možné vymezit překryvem půdních a geomorfologických charakteristik (analýza podle kódu BPEJ = bonitovaných půdně ekologických jednotek) s vrstvou staveb zemědělského odvodnění [7, 8]. Dusík a dusičnany jsou hlavními produkty plošného znečištění vod ze zemědělství v důsledku zrychleného vyplavování. Fučík a kol.
Ideálním nástrojem pro správu povodí z hlediska snížení živinového zatížení představují bilanční modely jakosti vod. Tyto nástroje mají potenciál upozornit na slabá místa v povodí, na které je třeba zaměřit pozornost a také najít skupinu nejefektivnějších opatření. V dnešní době pro účely modelování znečištění povrchových vod existuje řada nástrojů. Drtivá většina však pochází ze zahraničí a pro uplatnění v podmínkách České republiky naráží na problémy jako odlišnosti struktury vstupních dat či velikost zpracovávaného území (povodí). Státní podniky Povodí využívají Informační systém pro komplexní podporu procesu plánování v oblasti vod [10]. Cílem tohoto informačního systému bylo vyhodnotit možný efekt schváleného programu opatření navrženého v rámci plánů oblasti povodí.
Ve výzkumu procesů v povodích se v poslední době často využívá model MIKE BASIN [11]. Jedná se o extenzi GIS systému ArcMap sloužící pro dynamické modelování bilance vody a koncentrace látek v systémech vodních toků. Tento kvazi-ustálený model proudění umožňuje schematizovat postup vlny v korytě. Schematizace kvality vody předpokládá advekční transport, přičemž lze také modelovat rozpad během transportu kinetikou prvního řádu. Z novějších tuzemských poznatků v oblasti aplikace matematických modelů pro optimalizaci návrhů opatření ke snížení eutrofizace vodních nádrží lze uvést například metodiku Hejzlara a kol.
Modelová území: Bílý potok a Kuřimka
S ohledem na dlouhodobý cíl projektu a v souladu s jeho metodickými principy byla vybrána dvě modelová území. Nejprve se počítalo se zaměřením výzkumu na povodí Bílého potoka, který je nejsevernějším přítokem Svratky a ovlivňuje mimo jiné i kvalitu vody ve vodní nádrži Vír. Podle Průvodního listu povrchových vod [13] je celkový stav tohoto vodního útvaru nevyhovující (ekologický stav = nevyhovující, chemický stav = potenciálně nevyhovující). Na základě předběžného průzkumu území a zvážení nutnosti zobecnění výsledků projektu v závěru řešení bylo rozhodnuto, že dalším modelovým územím bude povodí řeky Kuřimky. Kuřimka reprezentuje významně odlišné přírodní podmínky ve srovnání s Bílým potokem. Je přímým přítokem Brněnské vodní nádrže [14] a rovněž se jedná o vodní útvar s celkově nevyhovujícím stavem (ekologický stav = nevyhovující, chemický stav = vyhovující). Výběr modelových území byl konzultován se zástupci Povodí Moravy, s.
Čtěte také: Výzvy v modelování ekologických sítí
Pro účely projektu byly jako hlavní parametry kvality vody vybrány obsahy celkového fosforu (Pcelk), celkového dusíku (Ncelk) a nerozpuštěných látek (NL). Vedle nich budou účelově sledovány další parametry s ohledem na specifika médií (např. přístupné formy živin či obsahy uhlíku v půdách) či specifika dílčího problémového okruhu (např. Projekt předpokládá využití hydrometeorologických měření Povodí Moravy, s. p., a výsledků jejich monitoringu jakosti vody. odběry vzorků půdy Analýzou v prostředí GIS byly identifikovány oblasti s rizikem přímé kontaminace vodních útvarů (zorněné příbřežní zóny). Riziko vyplavování živin je dominantní pro infiltračně zranitelné oblasti, které byly identifikovány pomocí Syntetické mapy zranitelnosti povrchových vod a dokumentací odvodnění (staveb odvodnění).
Na základě dostupných hydrologických dat, vlastních měření a charakteristik území byl analyzován současný stav potenciální retence vody v krajině a byly modelovány odtokové charakteristiky v dílčích subpovodích a celém zájmovém povodí. Modelování probíhá s využitím prostředí GIS a vhodných softwarových nástrojů (např. DesQ, HEC-HMS). Modelově bude následně posouzen vliv navržených opatření pro omezení plošného zemědělského znečištění na parametry extrémních odtoků a retenci vody v krajině.
Jedním z dílčích cílů projektu je nalezení vhodného technického řešení pro snížení znečištění, odtékajícího z malých vodních nádrží. Jednat se bude o jednoduché zařízení, které lze osadit do vypouštěcích objektů - tzv. plovoucí ostrov. Zařízení je v současnosti testováno v laboratořích VUT v Brně. Předmětem zkoumání v rámci řešeného projektu budou veškeré zdroje mající vliv na množství řešených látek ve vodních tocích. Výsledky průzkumů a výzkumu budou zpracovány v prostředí GIS a vloženy do bilančního modelu P a N v toku. Pomocí modelu bude vyhodnocen současný stav kontaminace povodí a podíl jednotlivých zdrojů a bude také simulována synergická účinnost opatření jak na bodových, tak na plošných zdrojích znečištění. Model pracuje mj.
Návrh opatření na plošných zemědělských zdrojích (s ohledem na všechny cesty transportu kontaminantů) v prostředí GIS bude zahrnovat různé způsoby hospodaření, organizační, agrotechnická i technická opatření. Při tom budou zohledněny podmínky a limity zemědělské výroby, charakter krajiny, její ekologická stabilita a estetika.
Charakteristika povodí Bílého potoka
Bílý potok pramení východně od obce Pomezí, která se nachází v těsném sousedství města Poličky. V Poličce se do něj vlévají od jihu Modřecký a Janský potok. Nejdelším přítokem Bílého potoka je Černý potok, který pramení v k. ú. Borová a soutok se nachází v obci Kamenec u Poličky. Z Kamence pokračuje Bílý potok jihozápadním směrem a sbírá vodu z dalších přítoků z obou stran. Z významných to jsou postupně Žlebský potok, Šibeniční potok a Korouhevský potok. Bílý potok ústí do řeky Svratky v obci Lačnov a plocha povodí k tomuto uzávěru činí 100,5 ha.
Čtěte také: Ekosystémy a FLD
Charakteristika povodí Kuřimky
Kuřimka pramení v lesích pod vrcholem Babí lom. Jejím prvním významnějším pravostranným přítokem je potok Lipůvka. V Kuřimi se do ní vlévá Podlesní a Luční potok a další menší lokální vodoteče. Na okraji Kuřimi na Lučním potoce se nachází malá vodní nádrž, která slouží pro rekreaci, jako koupaliště. V k. ú. Moravské Knínice přitéká z levé strany Batelovský potok, na kterém se nachází čtyři menší rybníky. Dále po toku následují dva pravostranné přítoky z polí a jeden z obce Chudčice. Kuřimka se vlévá do Svratky v k. ú. města Brna, a to přímo do horní části Brněnské nádrže.
V povodí Bílého potoka se setkávají dva klimatické regiony - 7 a 8. Jedná se tedy o chladnější a vlhčí území než povodí Kuřimky, které se rozkládá převážně v klimatickém regionu 3 a částečně 5. Základní charakteristiky klimatických regionů podle Novotného, Vopravila a kol.
Z geomorfologického hlediska patří povodí Bílého potoka do provincie Česká vysočina a zasahuje do dvou rozdílných subprovincií. Severovýchodní část spadá do subprovincie České tabule, konkrétněji do Svitavské pahorkatiny. Jihozápadní část povodí se rozkládá na Hornosvratecké vrchovině, která patří již do Česko-moravské subprovincie. Pro reliéf Svitavské pahorkatiny jsou charakteristické ploché nebo jemně modelované pozvolné svahy a široká údolí vodních toků. Reliéf povodí v Hornosvratecké vrchovině se vyznačuje vyšší svažitostí a ostřejšími zářezy údolnic a vodotečí. Vrcholové a silně svažité partie povodí jsou zalesněny. Nejnižším bodem povodí je uzávěrový profil s nadmořskou výškou 511 m, nejvyšším pak vrch Žižkov 753 m n. m.
Povodí Kuřimky se řadí do provincie Česká vysočina, Česko-moravské subprovincie a převážně se rozkládá v Brněnské vrchovině. Konkrétněji zasahuje do čtyř nižších geomorfologických jednotek, a sice Křižanovské vrchoviny, Boskovické brázdy, Bobravské vrchoviny a Drahanské vrchoviny. Reliéf povodí tvoří dlouhé svahy, rozčleněné lokálními údolnicemi a údolími vodních toků. Výrazněji svažité části povodí jsou pokryty lesy. Katastrální území Moravské Knínice protíná v přibližně severo-jižním směru nesouvislé lavicovité těleso staré dálnice, která nebyla nikdy dokončena, a v současnosti je buď využívána jako zemědělská půda, nebo je porostlá přirozeným náletem bylin a dřevin.
Povodí Bílého potoka zasahuje do dvou rozdílných geologických formací. Pro Českou křídovou pánev jsou jako podloží charakteristické opuky, tzn., že se zde střídají slínovce a vápnito-jílovité pískovce a na nich se vyvinuly kambizemě modální. V oblasti krystalinika se jako podloží střídají převážně pararuly, diority a granodiority. Také zde převažují kambizemě modální, ale ve vyšších polohách přecházejí v dystrickou varietu. Podél Bílého potoka se vyvinuly fluvizemě modální až glejové na smíšených nivních sedimentech. Glejové půdy se vyskytují v údolích menších toků. V lokálních depresích na svahových sedimentech vznikly pseudogleje modální a kambizemě oglejené.
Povodí Kuřimky je tvořeno brněnským masívem, pro který je charakteristický pestrý výskyt hornin: granity, granodiority, lokálně vápence, slepence, brekcie a droby. Ve svahových polohách na uvedených horninách se nacházejí především kambizemě modální, doprovázené pararendzinami a pseudoglejemi. V údolních polohách a na plošinách jsou podložní horniny překryty vrstvou spraší a sprašových hlín. Ty představují matečný substrát pro převládající půdní typy v území, kterými jsou hnědozemě modální a luvizemě modální (včetně oglejených variet). Lokálně se na spraších vyvinuly i černozemě, které jsou zde však degradované. Údolí vodních toků jsou vyplněna smíšenými sedimenty a na ně navazuje výskyt různých hydromorfních půd jako fluvizemě, gleje a černice.
Rozdíly v druzích pozemků v zájmových povodích dokumentuje tabulka 2.
Bodové zdroje představují zásadní kategorii pro velikost zatížení toků Pcelk. Pod tuto kategorii řadíme veškeré komunální zdroje (bez ohledu na způsob vypouštění, tzn. i ze septiků s trativody apod.) a průmyslové zdroje. Analýzu bodových zdrojů znečištění a tvorbu jakostního modelu pro účely výzkumného projektu garantuje firma AQUATIS, a. Byl proveden podrobný průzkum toků v obcích, které se nachází v obou zájmových územích. Došlo k detailnímu zmapování všech výustí, které vedou do vodního toku. Dále byly zjišťovány údaje od místních obyvatel, což posloužilo k upřesnění některých popisů výustí. Z vybraných výustí byly odebrány vzorky, které Vodohospodářská laboratoř Povodí Moravy, s. p., analyzovala na následující parametry: BSK5; CHSKCr; NLs; N-NH4; P-PO4; Pcelk a Ncelk. Byly také odebrány ...
tags: #kartograficke #modelovani #mist #ohrozenych #pudni #erozi
Oblíbené příspěvky:
Kontakt
Zelaná Hrebová, z.s.
[email protected]
IČ: 06244655
Paskovská 664/33
Ostrava-Hrabová
72000
Bc. Jana Veclavaková, DiS.
tel. 774 454 466
[email protected]
Jaena Batelk, MBA
tel. 733 595 725
[email protected]