Vliv plošných zdrojů znečištění na kvalitu vody v povodí Střely

Jiří Zahradník

Souhrn magisterské práce

Vedoucí magisterské práce: Dr. Jakub Langhammer

Praha
1999

Předmět a cíl práce
Kvalita vody v povodí
Plošné zdroje znečištěn í

Předmět a cíl práce
První část diplomové práce obsahuje celkové zhodnocení přírodních a socioekonomických poměrů, které panují na území povodí Střely se zvláštním zaměřením na hydrologické a meteorologické charakteristiky. Druhá část je věnována problematice plošných zdrojů znečištění - popisem zdrojů, jejich vyhodnocením v rámci povodí a ohodnocením metodikou. V závěru jsem se pokusil o shrnutí, které kvantifikuje jejich podíl na celkovém znečištění vybrané části povodí Střely.
Nejrozšířenějším půdním typem v povodí Střely jsou hnědé půdy vzniklé v členitějším reliéfu na různorodém podkladu - v severní části povodí na svazích Doupovských hor na horninách vyvřelých výlevných, v oblasti západovýchodního toku Střely a jejích přítoků v této oblasti na horninách přeměněných, v centrální a v JZ části povodí na horninách usazených, které jsou ve V části povodí obklopeny horninami přeměněnými. Méně jsou zastoupeny tzv. pseudogleje, a to hlavně v říčních údolích na smíšených většinou terciérních sedimentech.

Od typu matečné horniny se odvíjí zrnitostní a chemické složení půd, a tím pádem i využití území z hlediska potřeb člověka. Okolo 51 % celkové rozlohy povodí zaujímá zemědělská půda, z níž téměř 3/4 tvoří půda orná. Vzhled krajiny je taktéž poznamenán v jihozápadní části povodí u města Kaznějov těžbou kaolínu. Významnou složkou krajiny jsou též rybniční soustavy, které jsou v severní části povodí na toku Střely nad Toužimí, na Jesíneckém potoce a v okolí Bochova. Tyto rybniční soustavy jsou součástí povodí vodárenské nádrže Žlutice.

Převážná část území spadá do mírně teplé klimatické oblasti, což pro většinu zdejšího území znamená krátké trvání sněhové pokrývky v zimě, mírný podzim a jaro, a na většině území mírně suché léto trvající krátce. Srážkoměrné stanice Manětín a Žlutice s dlouhodobými průměry 485 a 536 mm byly vybrány pro posouzení srážek v období 1993 až 1997, neboť jsou v úzkém vztahu k povodím v nichž byl posuzován vliv plošných zdrojů znečištění na kvalitu vody právě v tomto období. Sledované oblasti byli srážkami nejvíce ovlivněny v letech 1995 a 1996. To se pozitivně projevilo v množství odnesených rozpuštěných a nerozpuštěných látek oproti ostatním rokům a taktéž v podílu plošných zdrojů znečištění jako zdroje dusíku v roce 1995.
Z porovnání množství srážek a hodnot odtoku v jednotlivých měsících vyplývá, že rozvoj vegetace způsobí snížení velikosti odtoku více než dvojnásobně a i přes zhruba 1/3 zvýšení množství srážek. Postupné snižování srážek i přes nároky vegetace v období srpen - září se projeví na odtoku, který v této části roku dosáhne minima. Vývoj odtoku je též ovlivněn režimem vypouštění vodní nádrže Žlutice.

Jak vyplývá ze závěrů teoretické části a jak bude uvedeno i dále, podléhají sloučeniny dusíku, s většinovým podílem dusičnanů, sezónním změnám koncentrací v půdě a následně i v povrchových a podzemních vodách. V půdě jsou minima v zimě a v létě, maxima koncem jara a na podzim. tomu částečně odpovídají hodnoty koncentrací dusičnanů v povrchových vodách, kdy minimální hodnoty jsou zaznamenávány v letním období a nejvyšší na jaře.
Pro fosfor je typická existence dvou forem sloučenin fosforu. Jako rozpuštěný a nebo partikulovaný , díky jeho schopnosti se vázat na půdní částice. Převážná část odtoku fosforu z ploch se realizuje povrchovým odtokem procesem eroze půdy, kde ze 75 až 95 % převažuje partikulovaná forma fosforu. S rostoucí erozí půdy tedy stoupá i koncentrace NL v povrchovém odtoku a s nimi i koncentrace partikulovaného fosforu. Většina fosforu se tak do toků dostává v průběhu erozních událostí.

MVN mají v krajině řadu nezastupitelných funkcí. Kromě význačné schopnosti zadržovat splaveniny, transformují kvalitativní parametry vody samočistící schopností vody. K významným vlastnostem patří snižování koncentrací celkového fosforu a dusičnanového dusíku o 60 - 95 % a 25 - 50 %. Vhodně umístěné a dimenzované MVN tedy napomáhají snižovat zátěž vodních toků biogenními prvky, a tak přispívají ke snižování eutrofizace zvláště povrchových vod.

Kvalita vody v povodí

Manětínský potok

Z hlediska pohledu dlouhodobého vývoje kvality, vyjádřeného hodnocením vývoje kvality Manětínského potoka, lze určit následující trendy v povodí. Vývoj koncentrací BSK5, CHSKCr popř. CHSKMn a NL nepodléhá nějakému jednoznačnému trendu v průběhu hodnoceného desetiletí. Ve většině případů existuje mnohdy značný rozdíl mezi průměrnou hodnotou a hodnotou mediánu koncentrace daného ukazatele. Z toho lze usuzovat na to, že jednotlivé odběry mnohdy zachytí nereprezentativní průtokové situace. Určitou nápravou by dozajista bylo buď zkrácení intervalů mezi odběry, či cílené odběry za předem definovaných podmínek - především průtokových v určité části roku s ohledem na stupeň vývoje rostlinné části biosféry.
Dlouhodobý vývoj koncentrací celkového anorganického dusíku podléhá v podstatě opačným trendům, než které se v současné době objevují u některých profilů. U tohoto profilu se paradoxně jedná o nárůst koncentrací (především dusičnanového dusíku) od roku 1993, přičemž je dnes naopak diskutován pokles koncentrací sloučenin dusíku přibližně po pěti letech po skončení intenzivního hnojení zemědělských pozemků. Zde lze naopak usoudit na vrchol dávek hnojiv, která se dostala na zemědělské pozemky přibližně v letech 1988 nebo 1989. Toto by však bylo třeba podrobit dalšímu bližšímu zkoumání.
Dlouhodobý trend koncentrací celkového fosforu je možné komentovat pouze od roku 1991, od kteréžto doby je vykazován jako složená hodnota, tj. celkový fosfor. Do roku 1991 byl uváděn jen jako PO43-. Jak již bylo naznačeno, v přímo fosforu věnované kapitole, vyznačuje se fosfor specifickým chováním, a to nejenom v půdě jako takové, ale i v roztocích různého původu a složení. Proto též nelze očekávat jeho jednoznačné chování v recipientu. I tak však lze v posledních letech usuzovat na celkový mírný pokles koncentrací celkového fosforu ve sledovaném toku, který nepochybně souvisí i se snížením intenzity zemědělské výroby na území povodí Manětínského potoka.

Střela

Vývoj koncentrací v podélném profilu toku Střely v případě BSK5 poměrně dobře poukazuje na zdroje, které hodnotu tohoto ukazatele vytvářejí. V horní části toku to jsou rybniční soustavy, které svým vlivem překrývají vliv osídlení. Zde také ve vlastním toku dochází k poměrně rychlé eliminaci znečištění. Ve střední a zvláště dolní části toku naopak vliv „umělých“ zdrojů znečištění překrývá přirozené zdroje, takže dochází ke vzrůstu koncentrací s vrcholem při ústí Kaznějovského potoka do Střely.
Z vývoje koncentrací CHSKCr vyplývá, že jeho hlavní zdroje jsou taktéž v horní části povodí (tj. v rybniční soustavě nad Toužimí a v okolí vlastní Toužimi). Poté dochází k velmi pozvolnému poklesu koncentrací v jednotlivých profilech směrem k ústí v důsledku samočistících procesů. Avšak po soutoku s Kaznějovským potokem dochází opět k několikanásobnému nárůstu koncentrací CHSKCr.
Koncentrace NL a celkového fosforu jsou-li hodnoceny v podélném profilu, pak nevykazují jednoznačný trend nárůstu ani poklesu koncentrací - jejich koncentrace kolísají, opět s jednoznačným nárůstem po soutoku Střely s Kaznějovským potokem. Mezi koncentracemi NL a celkového fosforu se částečně objevuje vzájemná vazba. Pokud jsou naměřeny vyšší koncentrace NL, pak je obvykle naměřena i zvýšená koncentrace celkového fosforu. Při nízkých koncentracích NL však již tato závislost neplatí.
V případě dusičnanového dusíku dochází k jednoznačnému nárůstu koncentrací v podélném profilu. Děje se tak díky fyzikálním a chemickým vlastnostem dusičnanových solí a jejich významu, který zastávají v biosféře.
V podélném profilu toku dochází v našich podmínkách k nárůstu vodnosti toku. Při vyhodnocování závislosti koncentrací výše uvedených ukazatelů jsem došel k následujícím závěrům.

U ukazatelů kvality vody - BSK5, CHSKCr popřípadě CHSKMn, NL, a celkového fosforu u většiny profilů nelze vysledovat nějakou konkrétní závislost mezi vývojem koncentrací a průtokem. Pouze u profilu Borek, v případě BSK5 a celkového fosforu, jejich koncentrace se zvyšujícím se průtokem klesají, což vyplývá z významného ovlivnění tohoto profilu znečištěním Kaznějovského potoka.
Oproti ostatním sledovaným ukazatelům dusičnanový dusík v jednotlivých profilech vykazuje zvyšující se koncentrace při zvýšeném průtoku. Toto neplatí pro profily Borecký a Hrádecký potok, které jsou ovlivňovány rybníky v jejich povodí.

Závislostní hodnocení

Závěry závislostního hodnocení koncentrací vybraných ukazatelů kvality vody na dni v roce se v podstatě shodují s poznatky těch prací, které se též zaobíraly tímto hodnocením. Při sledování závislostí koncentrací na dni v roce se objevují zřetelné změny koncentrací v průběhu roku u všech sledovaných ukazatelů a téměř u všech sledovaných profilů.
Tyto změny jsou nejlépe patrné u dusičnanového dusíku, kdy maxima koncentrací se objevují v období leden až březen, se zřetelným nárůstem od prosince. Minimální hodnoty se pravidelně objevují v letních měsících - červnu a červenci, popřípadě v období září až listopad, když se v letních měsících vyskytnou srážky takového charakteru, že dochází k vymývání dusičnanů z půd.
U ukazatelů BSK5, CHSKCr a NL vykazují jednotlivé profily sobě vlastní individualitu, která je podmíněna charakterem povodí nad sledovaným profilem, takže zřetelné závislosti vývoje koncentrací v toku v odběrovém místě v průběhu roku nelze zcela s určitostí okomentovat.
Z hodnocení vývoje koncentrací celkového fosforu v průběhu roku vyplývá, že čím blíže k ústí Střely se odběrový profil nachází, tím více se projevuje vliv bodových zdrojů znečištění. Vysoké koncentrace obvykle připadají na letní či další období s nízkými průtoky a nižší koncentrace na období s průtoky vyššími či vysokými. Proto opět nelze popsat chování fosforu v průběhu roku tak, aby bylo platné přinejmenším pro většinu profilů.

Plošné zdroje znečištění

Pro řešení problému plošného znečištění byla vytvořena metodika vycházející z myšlenky aditivního přístupu k řešení zadaného problému. Je založena na závěrech výzkumů zabývajících se problematikou jednotlivých zdrojů znečištění, které v našem případě dodávají určitou část látek odnášených vodními toky.
Řešení problému plošného znečištění je založeno na myšlence, že pokud součet množství látek vstupujících do recipientu z obcí, lesů a z atmosféry odečteme od celkového množství látek odnesených tokem za určité období, získáme tak představu o tom, jaký podíl látek připadá na další plošné a na všechny difúzní zdroje znečištění (bez malých sídel). Metodika je určena pro řešení problému vstupů dvou prvků s největším podílem na eutrofizaci vod - dusíku a fosforu.

Fosfor

Sloučeniny fosforu se vyznačují specifickým chováním v reálných podmínkách v přírodě. To spočívá v tom, že mnohdy naměřené či odhadnuté velikosti vstupů fosforu do toku překračují množství fosforu zjištěného měřeními v toku. Proto je v metodice pro určení množství fosforu pocházejícího v tomto případě pouze ze zemědělských ploch (nikoliv tedy z difúzních zdrojů), zvolena alternativní cesta.
Ta je zčásti založena na metodice Damašky (1997). Dle ní bylo určeno množství NL potencionálně odnášených ze zemědělských ploch do vodních toků. Toto množství bylo vynásobeno procentuelním podílem odtoku na odnosu nerozpuštěných látek. Takto získaná hodnota byla vynásobena hodnotou obsahu fosforu v NL nesených tokem a sečtena spolu s dalšími plošnými zdroji - atmosférickou depozicí a lesy, čímž byl získán podíl plošných zdrojů znečištění na celkovém odnosu fosforu tokem. Difúzní zdroje nemohly být tímto postupem postiženy.
Pro aplikaci metodiky jako takové byla vybrána 3 dílčí povodí v povodí Střely (Manětínský, Borecký a Hrádecký potok), z důvodu snadnějšího zpracování rozsáhlých datových vstupů a z důvodu dostupnosti dat o kvalitě vody za delší časové období. V této práci je hodnoceno období 1994 - 1996, v případě Manětínského potoka ještě i rok 1993.

Dusík

V případě dusíku z jednotlivých plošných zdrojů znečištění nejmenší podíl na odtoku dusíku připadl na atmosférickou depozici, s hodnotami v rozmezí 1,4 až 4,7 % a s průměrem 2,9 %. Při hodnocení se neprojevila závislost mezi podílem atmosférické depozice na odtoku a množstvím srážek v daném roce.
Dalším z plošných zdrojů znečištění jsou lesy. Ty se jako zdroj dusíku v odtoku podílejí od zanedbatelných tisícin procenta (povodí Hrádeckého potoka) až po 12,8 %, s průměrem 4,6 %. Zde se ukazuje, že jejich podíl na celkovém odtoku může být až zanedbatelný bez ohledu na jejich podíl na rozloze povodí. To právě ukazují výsledky z povodí Hrádeckého potoka, kde lesy zaujímají více než 1/4 plochy povodí (25,4 %).
Poslední v této práci vydělenou kategorií jsou tzv. „ostatní vstupy v krajině“, které především zahrnují zemědělskou půdu a s ní související difúzní zdroje znečištění. Hodnota jejich podílu je v případě dusíku získána součtem podílů atmosférické depozice, lesů a obcí na celkovém odtoku, který je odečten od sta procent (tj. celkového odnosu v toku).
Sečteme-li jednotlivé složky řazené mezi plošné zdroje znečištění (a v tom i difúzní zdroje), získáme tak jejich podíl na celkovém odtoku dusíku v rozmezí od 89,3 až 98,7 %, s průměrem 91,7 %.
V případě fosforu je jeho překvapujícím zdrojem atmosférická depozice, jejíž podíl se pohybuje od 9,4 až po 42,4 %, s průměrem 23,7 %.
Lesy svým podílem od 0,1 % (opět Hrádecký potok) až po 24,1 % s průměrem 8,6 %, nejsou příliš významným zdrojem fosforu.
Odvození podílu „ostatních vstupů v krajině“ je shodné jako v případě dusíku. Ovšem tam, kde by podíl obcí jako zdroje fosforu buď sám o sobě či v součtu obcí s atmosférickou depozicí a lesy přesahoval samotný naměřený odtok, jsou uváděny pouze hodnoty vypočítané s pomocí metodiky Damašky (1997).
S použitím čistě aditivního přístupu při odvození podílu plošných zdrojů znečištění na odtoku fosforu je tento podíl v rozmezí 38,4 až 84,5 % s průměrem 61,9 %.
Alternativní postup založený na metodice Damašky (1997) pak dává výsledky v rozmezí 33,1 až do 91,6 % s průměrem 59,7 % podílu plošných zdrojů znečištění na celkovém odtoku fosforu.
Porovnáním výsledků výše uvedených postupů lze tedy podíl plošných zdrojů znečištění na celkovém odtoku v posuzovaných povodích určit jako přibližně 60-ti procentní (průměr = 60,8 %).

nahoru hlavní strana