Ing. Jana Konečná, Ph.D.

Půda a voda jsou dvě základní složky životního prostředí, které jsou ve vzájemné úzké interakci a u obou se negativně projevuje vliv probíhající klimatické změny. 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. V důsledku klimatických změn lze rovněž předpokládat stále častější výskyt sucha a to nejen v důsledku nedostatku srážek, ale také kvůli postupnému nárůstu teploty vzduchu a zvyšování výparu. 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.

V rámci výzkumných projektů byl vytvořen obecně aplikovatelný postup pro identifikaci a kvantifikaci zdrojů znečištění povrchových vod a optimalizaci ochrany půdy a vody v různých povodích. Originalita zpracované metodiky (Konečná a kol., 2018) spočívá v komplexním pojetí ochrany půdy a vody jako vzájemně se ovlivňujících médií, v šíři ukazatelů (N, P, nerozpustné látky) a dále v kvantifikaci časoprostorové dynamiky všech jejich relevantních vstupů.

Ideální nástroje pro správu povodí z hlediska snížení živinového zatížení představují bilanční modely jakosti vod. Mají potenciál upozornit na slabá místa v povodí, na které je třeba zaměřit pozornost a také najít skupinu nejefektivnějších opatření. Specifický jakostní model transportu celkového fosforu (P_celk) a celkového dusíku (N_celk) byl vytvořen firmou AQUATIS, a. s. s využitím software MIKE BASIN (2016). Jedná se o extenzi GIS systému ArcMap sloužící pro dynamické modelování bilance vody a koncentrace látek v systémech vodních toků. Obecně jakostní model pracuje s následujícími základními prvky:

• říční síť,
• vodní nádrže,
• modelová subpovodí,
• uživatelé vod (odběry a vypouštění),
• monitorovací síť.

Pro sestavení korektního jakostního modelu je nezbytné nejprve sestavit spolehlivý hydrologický model, případně sadu těchto modelů, vystihující odtokové poměry v daném území. Následuje analýza bodových a plošných zdrojů znečištění vod a výpočet bilance látkového odtoku. Základem bilančního modelu je komplexní průzkum území s určením a kvantifikací vlivu všech relevantních zdrojů znečištění. Zdroje dělíme dle jejich původu:

Bodové zdroje:

• komunální zdroje,
• průmyslové zdroje,
• hospodaření na produkčních rybnících.

Plošné zdroje:

• infiltrace živin v plošném či drenážním odtoku,
• erozní smyv,
• atmosférická depozice.

Hlavní typy zdrojů znečištění

Mezi průmyslové zdroje řadíme výrobní podniky, které mají samostatné vypouštění odpadních vod do vod povrchových. V dnešní době je ale běžné, že podniky své odpadní vody vypouští po předčištění (nebo i bez něj) do kanalizační sítě města a tím pádem na komunální čistírny odpadních vod (ČOV). Své technologické odpadní vody pak jímají a odváží k likvidaci specializovaným firmám. Z pohledu rizika produkce odpadních vod zatížených živinami jsou nejrizikovější podniky zpracovávající organickou hmotu, tj. potravinářský průmysl (masokombináty, mlékárny, jatka apod.), ale také navazující průmysl jako jsou například klihárna, papírna, kožedělné podniky apod. Tyto podniky produkují odpadní vody bohaté na živiny s velmi vysokými nátokovými koncentracemi na ČOV. Nicméně se jedná většinou o dobře odstranitelné formy znečištění a při dobrém provozování ČOV nedochází k zásadním dopadům na vodní prostředí.

Komunální zdroje považujeme za nejrizikovější skupinu zdrojů z pohledu zatížení vodního prostředí fosforem. Do této skupiny řadíme veškeré odpadní vody vyprodukované obyvateli jednotlivých obcí. Nejedná se tedy pouze o evidovaná vypouštění, jako jsou ČOV a evidované výusti kanalizace, ale také individuální likvidaci odpadních vod, nepovolené vypouštění, odlehčení jednotných kanalizací a úniky na kanalizační síti obecně.

V ploše povodí se generuje odtok, který vytváří kontinuální průtok ve vodních tocích. Také tento zejména mělký podpovrchový odtok si sebou nese určité koncentrace fosforu a především dusíku. Celkové množství z půdy vyplavených živin řadíme k plošným zdrojům (infiltračním).

Koncentrace řešených ukazatelů v plošném podpovrchovém odtoku může být velmi různorodá s ohledem na konkrétní podmínky daného povodí. Pokud to možnosti řešeného modelu dovolují, je vhodné provést vlastní měření vytipovaných mikropovodí, kde nejsou vypouštěny jakékoliv bodové zdroje a zjištěné hodnoty použít jako vstup do jakostního modelu. Sledování mikropovodí by mělo probíhat v pravidelných intervalech alespoň po dobu 1 roku. Pokud takový monitoring z časových nebo finančních důvodů není možný, je třeba provést odhad charakteristických koncentrací na základě literárních zdrojů.

Jakostní model čistoty vod

Aby bylo možné považovat jakostní model za věrohodný, je třeba provést jeho kalibraci a to podle skutečně naměřených hodnot. Porovnání provádíme s dlouhodobým monitoringem povrchových vod, který zajišťují podniky Povodí za účelem vyhodnocování vodních útvarů vymezených v Plánech dílčích povodí, případně jiným. Poloha a rozsah monitorovacích parametrů jsou následně uzpůsobeny aktuálním potřebám v dané lokalitě.

Jakostní model slouží primárně k odhalení problematických míst v řešeném povodí a k návrhu efektivních opatření vedoucích ke zlepšení stavu. Změnou parametrů vstupních údajů o jednotlivých zdrojích znečištění můžeme vytvářet scénáře opatření a simulovat jejich dopady na stav povodí.

Návrhy opatření na bodových zdrojích cílí hlavně na ukazatel P_celk. Zkušenosti ukazují, že 80 % P_celk v tocích pochází z bodových zdrojů (Ryšavý a kol., 2016; Konečná a kol., 2018). Proto je vhodné tento zdroj účinně snižovat. Hlavní zaměření pak vede na komunální zdroje znečištění, které v celkové bilanci hrají prim a je možné je nejlépe popsat.

Odběry vzorků vody v povodí Bílého potoka u Poličky

Povrchové vody v povodí Bílého potoka jsou zranitelné erozí i zrychlenou infiltrací

Následky erozní události v povodí Bílého potoka

Zemědělské znečištění

Intenzivní zemědělské využívání krajiny, zejména na svažitých územích a na lehkých propustných půdách, s sebou nese možná rizika kontaminace vodních útvarů a to hlavně dusíkem, ale i jinými látkami. Plošné zdroje zemědělského znečištění povrchových vod dělíme do tří skupin:

• plochy zemědělské půdy v nivních polohách nebo ležící bezprostředně při březích povrchových vodních toků a ploch,
• erozně ohrožené svahy orné půdy,
• lokality s výskytem půd s nízkou retencí vody a živin, náchylné k jejich urychlenému vyplavování, včetně ploch orné půdy navazující na vybudované odvodňovací systémy.

V souvislosti se zemědělským využíváním příbřežních zón vodních útvarů může potenciálně docházet k přímé kontaminaci vod:

• uvolňováním půdních částic do toku nebo nádrže mechanicky nebo povrchovým odtokem,
• aplikací hnojiv a ochranných látek v přímé blízkosti vodních toků a ploch a následným smyvem nebo průsakem,
• nevhodně řízenou aktivitou hospodářských zvířat při pastevním využívání břehů a pramenišť (výkaly, sešlapávání a poškození břehů apod.).

Na základě účelové kategorizace plošného zemědělského znečištění (tabulka 1 a 2) lze v prostředí GIS identifikovat oblasti se zvýšeným rizikem negativního ovlivnění jakosti povrchových vod (Konečná a kol., 2018).

V oblastech se středně vysokým rizikem a vyšším je doporučeno vytvořit návrh opatření typu:

• zatravnění (eventuálně zalesnění) plošné nebo pásové,
• liniové opatření přerušující délku svahu (průleh, příkop, mez) s průměrnou šířkou 10 m,
• vyloučení pěstování širokořádkových plodin, půdoochranné agrotechnologie,
• pěstování meziplodin,
• šetrná aplikace organických hnojiv.

Postup návrhu je specifikován metodikou (Konečná a kol., 2018) a mj. je při něm zohledňován i systém opatření povinný v rámci standardů DZES. Účinnost návrhu opatření lze kvantifikovat až na vnos sledovaných látek do povrchových vod a komplexně posoudit pomocí výše zmíněného jakostního modelu.

Opatření na orné půdě jako lokální zatravnění, vyloučení pěstování širokořádkových plodin či pěstování meziplodin mají pozitivní vliv i na zlepšení zadržení srážkové vody v zemědělské krajině. Kvantifikace změn retence vody v půdě byla součástí výzkumu a podrobněji je rovněž uvedena v metodice Konečné a kol. (2018).

Tab. 1: Váhy rizika plošného zemědělského znečištění povrchových vod

Zdroj plošného zemědělského znečištění	Kategorie	Specifikace	Váha
Dlouhodobý průměrný erozní smyv [t/ha/rok]	0–4	nevýznamný	1
	4,01–8	slabý	2
	8,0–12	střední	3
	12,01–16	vysoký	4
	> 16	velmi vysoký	5
Zranitelnost půd z hlediska zrychlené infiltrace	1	velmi vysoká	5
	2	vysoká	3
Hydrologická návaznost ploch na stavby odvodnění	1	ano	5
	2	ne	1
Vzdálenost orné půdy od útvarů povrchových vod [m]	0–25	těsně přiléhající	5
	25,01–50	přiléhající	4
	50,01–100	blízká	3
	100,01–200	vzdálená	2
	> 200	velmi vzdálená	1

Tab. 2: Kategorizace rizika plošného zemědělského znečištění povrchových vod

Hodnota součinu vah	Riziko
0–5	žádné
6–10	nízké
11–15	středně vysoké
16–20	vysoké
20–25	velmi vysoké

Modelová povodí

Ochrana jakosti vody v povodí je složitý multioborový problém. Vyplývá to z různorodosti potenciálních zdrojů znečištění a přírodních i člověkem ovlivněných procesů uplatňujících se nepřímým či přímým vlivem. Metodika Optimalizace ochrany vody a půdy v povodí vodních zdrojů (Konečná a kol., 2018) nabízí nástroj pro analýzu vlivu jednotlivých zdrojů v povodí, postup návrhu a optimalizace opatření k zlepšení jakosti i retence povrchové vody, včetně vyhodnocení účinku v případě uplatnění opatření. Obsahuje také příklady jejího použití v modelových povodích Bílého potoka (u Poličky) a Kuřimky.

Bylo zjištěno, že významně větší podíl celkového fosforu ve vodě pochází z bodových zdrojů (84 % v povodí Bílého potoka a 66 % v povodí Kuřimky). Naopak plošným zemědělským zdrojům lze připsat hlavní podíl na koncentracích celkového dusíku (80 % v povodí Bílého potoka a 94 % v povodí Kuřimky). Toto jsou zdroje dusíku vstupující do jakostního modelu, který řeší ustálenou bilanci bez zahrnutí extrémních jevů, tedy dusík, který vstupuje do povrchových vod průsakem půdním profilem a s drenážními vodami. Erozní smyv živin byl řešen separátně.

V obou modelových povodích byly navrženy variantní postupy pro omezení znečištění povrchových vod a vyčíslena jejich účinnost. V rámci maximalistické varianty by omezením bodových zdrojů bylo možné dosáhnout snížení koncentrací P_celk o 72 % v povodí Bílého potoka a o 67 % v povodí Kuřimky. Komplexními opatřeními na zemědělské půdě by bylo možné dosáhnout snížení koncentrací N_celk na Bílém potoce o 45 % a v povodí Kuřimky až o 57 %.

Vhodnými nástroji pro uplatnění prezentovaných postupů se jeví zejména pozemkové úpravy a plány oblastí povodí.

Článek vznikl díky podpoře MZe ČR v rámci výzkumného projektu QJ1620040, QK1910282 a RO0218. Děkujeme Povodí Moravy, s. p. a SPÚ za účinnou spolupráci.

Ing. Jana Konečná, Ph.D.¹, Mgr. Petr Karásek¹, Ing. Stanislav Ryšavý², Ing. Roman Hanák², Ing. Petr Fučík, Ph.D.¹, Doc. Ing. Petr Doležal³, Doc. Ing. Jana Podhrázská, Ph.D.¹, Ing. Michal Pochop^1
1 Výzkumný ústav meliorací a ochrany půdy, v. v. i., Praha, ² AQUATIS, a. s., Brno, ³ Agroprojekt PSO, s. r. o., Brno

Literatura

Konečná J. a kol. (2018) Optimalizace ochrany vody a půdy v povodí vodních zdrojů. Certifikovaná metodika. Brno: VÚMOP, v. v. i., 106 s. Osvědčení č. 11/2018-SPU/O.

Ryšavý S. a kol. (2016) Jakostní model řeky Jihlavy pod VD Dalešice a aktualizace modelu nad VD Dalešice. Brno: AQUATIS a. s.

Mike Basin (2016): https://www.mikepoweredbydhi.com/products/mike-hydro-basin (cit. 24. 11. 2016)