Modelování SWAT znečištění ovzduší

19.04.2026

Česká geologická služba (ČGS) se věnuje biogeochemickému výzkumu krajiny, který se zaměřuje na ekologické problémy. Dochází k nim jak působením přirozené geochemické a biochemické interakce mezi horninami zemské kůry, půdou, podzemní i povrchovou vodou a atmosférou, tak v důsledku změn, které v životním prostředí způsobuje činnost člověka (zvyšování teploty ovzduší, snižování dostupnosti vody, častější období extrémního sucha nebo extrémní přívaly vod způsobené vysokými a nerovnoměrnými srážkami).

Dlouhodobé monitorování a biogeochemické procesy

Základem výzkumu aktuálních ekologických problémů je dlouhodobé pozorování bilance biogenních prvků v malých lesních povodích o rozměrech desítek až stovek hektarů. Dlouhodobé kontinuální monitorování této látkové bilance umožňuje stanovit vliv atmosférické depozice síry a zejména dusíku na kvalitu půdy a na eutrofizaci a okyselení povrchových vod a studovat kombinaci parametrů klimatické změny a změn v biogeochemických proměnných. Jedná se zejména o změny atmosférické depozice, hydrologické bilance a následná kataklyzmata, jakými byly v uplynulých letech kůrovcová gradace a lesní požáry.

Předmětem výzkumu je transport, akumulace a degradace antropogenních škodlivin v lesních ekosystémech a mokřadech. Výsledky umožňují analyzovat vývoj lesa ponechaného bez zásahů jako indikátoru vlivu globálních změn na funkci ekosystému. Prediktivní biogeochemické modely umožňují sledovat udržitelnost vývoje krajiny. Výzkum zahrnuje vzájemné ovlivňování mikrobiálních a jiných biologických a geochemických procesů v půdách.

Provázanost jednotlivých biogeochemických procesů je zkoumána pomocí terénních a laboratorních experimentů. Je kvantifikován vliv sucha na toky environmentálně významných prvků (zejména dusíku, uhlíku, fosforu, vápníku a hořčíku) v lesních ekosystémech. Poměr zastoupení stabilních izotopů biogenních prvků slouží k ověření velikosti toků skleníkových plynů na rozhraní biosféry, pedosféry a hydrosféry. Výzkum se zaměřuje na zdroje a propady rozpuštěného organického uhlíku, dusíku či bazických kationtů. Na výzkumných plochách a v lesních povodích studujeme cyklus živin pomocí izotopů hořčíku, vápníku, dusíku a síry. Předmětem výzkumu jsou také faktory ovlivňující dostupnost fosforu pro vegetaci a vodní ekosystémy. Biogeochemické experimenty na výzkumných plochách objasňují příčiny časových a prostorových změn v industriálním znečištění. Holistické studie propojují metody dálkového průzkumu Země s ekologií vybraných rostlinných společenstev.

Modelování změn a vývoj platformy

Vývoj hydrologicko-biogeochemické modelovací platformy umožňuje modelovat změny v uhlíkovém a dusíkovém cyklu půda - voda - vegetace podmíněné klimatickou změnou. Model je jak časový, tak plošný. Novost této platformy spočívá ve zřetězení dosud separátně používaných modelů hydrologických, biogeochemických a modelů růstu lesa a vývoje biodiverzity. Modelování zahrnuje cyklus uhlíku, dusíku, bazických kationtů a hliníku. Model je testován na dlouhodobých řadách sítě malých povodí GEOMON a také na norských a švédských dlouhodobě sledovaných povodích. Využity jsou hydrochemické, biogeochemické a hydrologické modely.

Čtěte také: Vývoj a bioekologický model

Ty jsou součástí publikací pracovníků ČGS: MAGIC, SAFE, PnETBGC/CHESS, SAST, SUNFLOW, pBDM, Brook90, PIHM, SWAT a SAC-SMA.

Využití izotopů a experimentální povodí

Údaje o zastoupení stabilních izotopů lze využít k určení zdrojů živin a toxických prvků v ekosystémech. Stabilní izotopy kovů slouží jako diagnostické indikátory a značkovače zdrojů znečištění. Využíváme stabilní izotopy chromu, kadmia, olova, zinku, mědi a stroncia. Tato data slouží k identifikaci procesů v jednotlivých složkách životního prostředí. Četnost stabilních izotopů indikuje zdroje chemických prvků a sloučenin v případě, že se tyto zdroje liší svým izotopovým složením a nedochází k izotopovým frakcionacím. Taková izotopová data se používají k nalezení dosud neznámých zdrojů a propadů skleníkových plynů. Pomocí izotopových dat zkoumáme transformace reaktivních forem dusíku a uhlíku.

Studium stabilních izotopů se zaměřuje na: biogeochemické cykly lehkých prvků (H, C, N, O, S), středně těžkých a těžkých prvků (Pb, Sr) a užití izotopových systémů Zn, Cu, Cd a Cr jako přirozených značkovačů v prostředí. Začíná se s měřením izotopů hořčíku v lesních ekosystémech.

V článku jsou prezentovány dílčí výsledky monitoringu a modelování na experimentálních lesních povodích Suchého, Sokolího a Slučího potoka, což jsou pravostranné přítoky Černé Opavy v CHKO Jeseníky. Na všech těchto experimentálních povodích byl založen monitoring vybraných prvků hydrologického režimu (např. srážky na volné ploše, podkorunové srážky, objemové půdní vlhkosti, sněhoměrná čidla), včetně stacionárního měření vodních stavů v závěrových profilech všech tří dílčích povodí.

Tyto výsledky vznikaly od roku 2022 díky projektu NAZV č. QK22010189 ,,Vliv od-lesnění na vodní režim malých povodí" s pracovním názvem DEFOREST, který evokuje také hlavní cíl projektu - pokusit se postihnout změny v dynamice porostů (rozpad, řízená a spontánní sukcese apod.) a v odtokovém režimu těchto povodí s ohledem na tzv. kůrovcovou kalamitu a na ni navazující kalamitní těžbu. Pro modelování porostních změn a hydrologické odezvy na tyto změny byly použity porostní modely (včetně vlastní vyvíjené aplikace DEFOREST) a hydrologické modely HEC-HMS, SIMWE, MIKE SHE a SWAT.

Čtěte také: O kontinentalitě klimatu

Čtěte také: Český pohled na recyklaci oděvů

tags: #model #swat #znečištění #ovzduší